Brevet FR2549610A1 — publié le 19850125

APPAREIL POUR DETERMINER LA DIRECTION D'UNE LIGNE DE VISEE La présente invention concerne un appareil pour déterminer la direction d'une ligne de visée par rapport à un référentiel prédéterminé, connu, et est particulièrement, mais non exclusivement, destinée à 5 être utilisée avec des dispositifs de visée ou d'affichage montés sur casque. Un dispositif de visée ou affichage monté sur casque fournit habituellement à l'ulisateurune forme de signalisation de direction ou pointage Dans la forme de 10 dispositif afficheur la plus simple, un repère de visée -ou réticule, est affiché sur une surface semitransparente située devant les yeux de l'utilisateur Celui-ci peut voir, au travers de cette surface, la scène extérieure sur laquelle le réticule apparaît ainsi superposé Dans des formes d'affichage plus complexes, une quantité d'informations importante et variable peut être superposée à la vision que l'utilisateur a de la scène extérieure Les afficheurs sur casque de ce type comportent habituellement un petit 20 tube cathodique qui est monté sur le casque proprement dit, pour produire l'image visualisée ("affichée") Il est évident que,des repères de visée ou autres symboles indicateurs de direction étant disposés par rapport à la ligne de visée de l'utilisateur, les mouvements de la 25 tête de celui-ci doivent provoquer le déplacement de ces marques ou symboles Il faut donc détecter les mouvements de la tête de l'utilisateur par rapport à un référentiel prédéterminé. Un dispositif de visée monté sur casque peut ne 30 pas comporter la surface semitransparente pour afficher de l'information projetée, mais peut utiliser les mouvements du casque pour fournir des signaux de commande destinés, par exemple, à un système de guidage d'arme. Il est connu d'utiliser un système électromagnétique dans lequel une certaine forme de 5 moyens de rayonnement est portée par le référentiel, alors que des bobinages capteurs sont portés sur le casque de l'utilisateur Les moyens de rayonnement et les moyens capteurs sont agencés de manière telle que l'orientation et la position du casque dans le champ 10 magnétique produit par les moyens de rayonnement soient déterminées par les tensions induites dans les bobinages capteurs Un tel agencement peut être affecté par des pièces métalliques proches, notamment si elles sont mobiles. D'autres agencements utilisent des moyens optiques pour déterminer la position et l'orientation du casque Un tel agencement est constitué par plusieurs sources lumineuses montées sur le casque, alors qu'au moins deux détecteurs photosensibles correspondants sont 20 montés sur le référentiel Un tel agencement peut s'avérer insatisfaisant dans des conditions de lumière ambiante intense, et peut être "aveuglé" par des mouvements d'objets tels que les bras de l'utilisateur. Dans les deux agencements connus précités, une 25 partie de l'appareillage doit être montée sur le casque, et une autre partie sur le référentiel Cela constitue manifestement un inconvénient, et la présente invention a pour but de parvenir à un appareil permettant de détecter les mouvements sans avoir à coopérer avec un 30 tel appareillage externe. Selon la présente invention, ce but est atteint, avec un appareil pour déterminer la direction d'une ligne de visée par rapport à un référentiel prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comporteundpositifde 35 visée définissant ladite direction, undipositif détecteur monté sur le dispositif de visée et apte à déceler des mouvements dudispositif de visée sans se référer à de l'appareillage situé à l'extérieur de ce dernier, et des moyens de correction agencés pour corriger 5 automatiquement, de temps à autre, d'éventuelles erreurs contenues dans les données de sortie du dispositif détecteur. Le dispositif de visée peut comporter un casque sur lequel est monté un dispositif d'affichage et 10 un écran semiréfléchissant. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples 15 non limitatifs: la figure 1 est un dessin schématique du dispositif de visée et de son dispositif détecteur associé, selon un premier mode de réalisation; la figure 2 est un schéma par blocs des circuits 20 associés à l'agencement selon la figure 1; et la figure 3 est une représentation schématique d'une partie des moyens de correction indiqués sur la figure 1. La figure 1 montre un casque 10 auquel est fixé 25 un tube cathodique 11, une lentille 12 et un écran semiréfléchissant 13 Ce dernier est disposé devant les yeux de l'utilisateur, de manière à permettre à celui- ci de voir une scène extérieure le long d'une ligne de visée 14 Le casque porte en outre un dispositif détecteur 30 15 qui indique la position du casque dans le référentiel, et un détecteur de référence de visée, 16, qui fait partie des moyens de correction Le tube cathodique 11, le dispositif détecteur 15 et le détecteur de référence de visée 16 sont reliés à des circuits 35 électroniques extérieurs par un câble 17. Lors de l'utilisation, l'utilisateur peut accomplir des mouvements de tête, donc déplacer le casque, dans une plage angulaire limitée, en site et en azimut Des mouvements autour de l'axe de visée 14, 5 c'est-à-dire des mouvements de "roulement" sont moins susceptibles de se produire Une image d'un type quelconque à visualiser peut être produite sur le tube cathodique 11, afin d'être projetée sur l'écran 13, habituellement avec une mise au point "à l'infini", de 10 manière qu'il n'y ait pas de problème d'accomodation des yeux de l'utilisateur lorsque celui-ci regarde à la fois l'image à visualiser et la scène extérieure Si l'image à visualiser constitue, par exemple, un simple repère ou réticule de visée, les mouvements du casque en azimut et 15 en site devront provoquer des mouvements opposés du réticule Comme indiqué plus haut, des agencements à cet effet sont bien connus Ils utilisent des moyens optiques ou électromagnétiques pour déterminer la position du casque par rapport au référentiel Le 20 référentiel peut être fixe, ce qui est par exemple le cas d'un système de poursuite de missiles basé au sol, ou mobile, par exemple sur un navire ou un avion. La figure 2 montre, dans un schéma par blocs, les moyens électroniques utilisés selon la présente 25 invention Dans le mode de réalisation décrit, le dispoitif détecteur 15 selon la figure 1 comporte un agencement gyroscopique disposé de manière à déceler les mouvements du casque autour des axes d'azimut et de site On peut utiliser aussi bien deux dispositifs 30 gyroscopiques ayant chacun un seul axe, qu'un seul dispositif gyroscopique à deux axes Sur la figure 2, le ou les dispositifs gyroscopiques sont indiqués en 20. Ils fournissent des signaux à un circuit 21 pour le traitement de signaux gyroscopiques A partir des 35 signaux de sortie produits par le ou les dispositifs gyroscopiques, ce circuit détermine les changements des angles d'azimut et de site de la ligne de visée Ces angles d'azimut et de site sont appliqués à un processeur 22 de signal d'image, commandant l'image 5 affichée sur le tube cathodique L'image proprement dite est produite par un générateur d'image 23, tandis que la position effective de l'image sur l'écran du tube cathodique 24 est commandée par le proceseur de signal d'image, 22. Dans le cas d'un système de visée, le générateur d'image 23 et le tube cathodique 24 ne sont pas nécessaires, et le processeur de signal d'image 22 devient un processeur de signaux de guidage, dont les signaux de sortie sont transmis par fil, par radio ou 15 par d'autres moyens, par exemple a un système de commande de missile ou de bouche à feu. Pour pouvoir être monté sur un casque, un dispositif gyroscopique doit être léger et peu encombrant Il en résulte qu'il est plus facilement sujet à des erreurs par exemple des erreurs par dérive que ne le sont les dispositifs gyroscopiques plus gros et plus précis habituellement utilisés dans les plates-formes à inertie Il faut donc corriger ces erreurs de temps à autre, avant qu'elles soient excessives On peut le faire commodément et rapidement en orientant la ligne de visée selon une direction connue et en mesurant puis annulant les erreurs du système Toutefois, il est difficile d'imposer à l'utilisateur de regarder dans une direction 30 particulière à tout instant, en particulier en situation de combat C'est pourquoi l'appareil selon la figure 2 comporte des moyens pour effectuer les corrections automatiquement, sans que l'utilisateur ait à intervenir consciemment On admet que la tête 35 de l'utilisateur, et par conséquent le casque, va, au cours de ses mouvements, passer par une position dans laquelle la direction de la ligne de visée peut être détectée Il n'est pas nécessaire que le casque s'arrête sur cette position La détection de 5 l'existence, à un instant donné, de cette orientation prédéterminée permet de déterminer et de corriger les éventuelles erreurs existant à cet instant De plus, il est connu de déterminer les erreurs dues à la dérive d'un dispositif gyroscopique en utilisant des techniques 10 de traitement, et de prédire ou estimer puis corriger les erreurs d'orientation De telles techniques peuvent utiliser des filtres récursifs à mémoire, à affaiblissement, tels que des filtres Kalman Sur la figure 2, le détecteur de référence de visée 25 décèle 15 le passage de la ligne de visée par l'orientation prédéterminée et applique des signaux aux circuits de correction des erreurs d'azimut et de site, respectivement 26 et 27 Ces circuits échantillonnent les signaux de sortie "azimut" et "site" du circuit 21 20 de traitement des signaux gyroscopiques et sont capables d'appliquer des corrections adéquates à ce circuit. Le détecteur de référence de visée est un dispositif optique dont une partie est montée sur le 25 casque et l'autre partie sur le référentiel Représentée sur la figure 3, l'une de ces deux parties consiste en une source lumineuse 30 éclairant un réticule 31 de forme appropriée et une lentille de collimation 32. L'autre partie comporte une lentille focalisante 33 et 30 un détecteur de lumière 34 La lumière provenant de la source éclairant le réticule 31 peut être modulée ou filtrée d'une manière particulière, de façon à éviter toute confusion avec de la lumière provenant d'autres sources De préférence, les deux parties doivent être 35 disposées de façon à définir pour la ligne de visée 25496-10 une direction correspondant a une position habituelle du casque, de manière que la correction des erreurs puisse avoir lieu aussi souvent que possible Pour éviter de monter les deux parties en des endroits 5 séparés, sur le casque et sur le référentiel, on peut les disposer toutes les deux sur le référentiel en utilisant sur le casque un rélecteuren coin, ou tout autre réflecteur approprié En variante, le réflecteur peut être monté sur le référentiel, la source et le détecteur étant tous les deux agencés sur le casque Des agencements moins critiques pourraient être utilisés en recourant à une matrice de sources de lumière et à un détecteur approprié, de manière qu'un certain degré de défaut d'alignement soit tolérable Ce 15 défaut d'alignement serait alors mesuré et serait utilisé par les circuits de correction d'alignement Un tel agencement faciliterait la mesure et la correction du défaut d'alignement autour de l'axe de roulement. D'autres techniques d'alignement sur référence 20 de visée peuvent être mises en oeuvre en utilisant, par exemple, de minces faisceaux d'énergie ultrasonore ou de micro-ondes, au lieu de l'agencement optique décrit plus haut. Le mode de réalisation décrit ci-dessus 25 utilise un ou plusieurs dispositifs gyroscopiques pour déterminer l'orientation du casque et, par conséquent, de la ligne de visée Ce mode de réalisation opère sans qu'il y ait besoin de monter sur le référentiel des composants extérieurs autres que ceux nécessaires pour 30 la correction des erreurs On peut aussi utiliser d'autres détecteurs de position qui ne requièrent pas de faire coopérer d'autres composants Un gyroscope à laser constitue un tel dispositif Il s'agit d'un dispositif à un seul axe, de sorte qu'il 35 faut alors deux tels dispositifs fixés au casque, avec des positions relatives correctes. Un autre dispositif approprié, opérant lui aussi autour d'un seul axe seulement, est le gyroscope interférométrique dans lequel de la lummière cohérente 5 parcourt, dans des directions opposées, un long trajet optique Dans ce cas, le trajet optique pourrait comporter une longue fibre optique agencée en spires à l'intérieur du casque; Si l'appareil doit être utilisé avec un référentiel mobile, tel qu'un navire ou un avion, il faut alors tenir compte du fait que les détecteurs de position de l'un quelconque des types mentionnés ci-dessus mesurent la position ou l'orientation par rapport à l'espace libre Avec un référentiel 15 stationnaire, l'orientation est facilement rapportée à celui-ci Toutefois, si le référentiel est mobile, il faut alors tenir compte de son mouvement C'est pourquoi, il faut alors appliquer au processeur 22 selon la figure 2 des signaux d'entrée provenant de la 20 centrale d'inertie du navire ou de l'avion, de manière que les mouvements du référentiel puissent être déduits des mouvements indiqués par ie module détecteur sur le casque Sur la figure 2, les entrées FAZ (azimut du référentiel) et FEL (site du référentiel) sont prévues 25 pour de tels signaux. REVENDICATIONS 1 Appareil pour déterminer la direction d'une ligne de visée par rapport à un référentiel prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de visée ( 10) définissant ladite direction, undispositif 5 détecteur ( 15) monté sur le dispositf de visée et apte à déceler des mouvements du dispositif de visée sans se référer à de l' appareillage situé à l'extérieur de ce dernier, et des moyens de correction ( 16, 26, 27) agencés pour corriger automatiquement, de temps à autre, 10 d'éventuelles erreurs contenues dans les données de sortie du dispositif détecteur ( 15). 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif visée( 10) comporte un casque sur lequel est monté un dispositif d'affichage 15 ( 11) et un écran semiréfléchissant ( 13). 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'affichage est un tube cathodique ( 11). 4 Appareil selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif détecteur ( 15) comporte des moyens gyroscopiques ayant deux axes sensibles orthogonaux définissant les angles d'azimut et de site de la ligne de visée, par rapport au référentiel. 5 Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens gyroscopiques comportent un seul dispositif gyroscopique à deux axes. 6 Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par un générateur 30 d'image ( 23) apte à commander le dispositif d'affichage ( 11), et un processeur de signal d'image ( 22) agencé pour déplacer l'image produite par le dispositif d'affichage de manière à compenser les mouvements du casque. 7 Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de correction comportent un détecteur de 5 référence de visée ( 16) pour définir et déceler une direction donnée de la ligne de visée par rapport au référentiel, et des moyens correcteurs à circuits ( 26, 27) qui répondent à ce détecteur de référence de visée de manière à corriger lesdites erreurs chaque fois que 10 ladite direction donnée est réalisée. 8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le détecteur de référence de visée ( 16) comporte une source ( 30, 32) de lumière collimatée et un détecteur photosensible ( 34), mutuellement 15 disposés de façon à définir ladite direction donnée de la ligne de visée. 9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la source ( 30, 32) et le détecteur ( 34) sont montés l'un sur le module de visée ( 10), et 20 l'autre sur le référentiel. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la source ( 30, 32) et le détecteur ( 34) sont tous les deux montés sur le référentiel, un organe réfléchissant étant monté sur le module de 25 visée( 10).