Brevet FR2548774A1 — publié le 19850111

La présente invention concerne des projectiles lancés par des canons Plus précisément, elle concerne un procédé et un appareil de balayage d'une région contenant une cible afin qu'une cible placée dans cette région soit sélectionnée et qu'une information de position de cible soit donnée au système de guidage du projectile et que celui-ci soit guidé et vienne frapper la cible choisie. On sait qu'un projectile lancé par un canon est propulsé par l'action d'une charge explosive On sait que la trajectoire prévue pour le projectile après son tir peut être calculée avec une bonne précision Ceci permet au tireur de lancer des projectiles afin qu'ils viennent frapper une région prédéterminée contenant une cible avec une fiabilité raisonnable. Evidemment, l'un des principaux inconvénients des projectiles lancés par un canon est que leur trajectoire de vol ne peut pas être modifiée après leur tir Un progrès important dans cette technique a été la découverte du fait que des ailettes pouvaient être incorporées aux projec20 tiles et, après lancement, pouvaient passer d'une position en retrait dans le projectile à une position sortie Habituellement, les ailettes ont une configuration telle qu'elles font tourner le projectile de manièreréglée sur sa trajectoire On s'est rapidement rendu compte qu'un projectile 25 qui tourne est en fait plus stable pendant son vol, si bien que la précision de frappe de la zone cible par le projectile est accrue Bien que ces progrès importants aient été effectués, il serait très souhaitable de pouvoir régler la trajectoire du projectile après son lancement afin qu'une cible particulière soit localisée puis frappée. Jusqu'à présent, l'utilisation de techniques radars incorporées à des projectiles s'est révélée peu satisfaisante Les raisons principales pour lesquelles l'incorporation d'un radar dans un projectile est délicate sont 3 M -essentiellement dues à l'accélération énorme (par exemple O 00 m/s 2) laquelle le projectile est soumis pendant le lancement Il est dore difficile qu'un dispositif méca- nique mobile incorporé au projectile résiste au lancement. Ainsi, les radars de balayage ou de poursuite connus, par exemple utilisés pour une analyse séquentielle dans des lobes ou simultanée dans des lobes ou par balayage conique ou à impulsions, nécessitent l'utilisation d'une antenne ou d'un cornet d'alimentation de type oscillant ou rotatif pour la transmission et la réception d'un faisceau radar et la localisation d'une cible potentielle, puis pour le calcul d'un signal d'erreur représentatif de la position de la cible Evidemment, tout type d'antenne ou d'émetteur oscillant ou rotatif ne résiste que difficilement à un lancement. Un autre inconvénient des radars connus, décrits pour les projectiles lancés par un canon, est que les échos sont obtenus à partir d'une surface au sol si grande que les échos parasites du sol sont bien plus puissants que l'écho de la cible potentielle qui ne sous-tend qu'une très petite partie de la surface couverte par le rayonnement du radar. Un autre inconvénients des projectiles lancés par canon est qu'il n'est pas possible de frapper une cible mobile qui nécessite l'établissement d'une référence inertielle On sait, dans la technique du guidage des engins propulsés que, pour qu'une cible mobile soit frappée, 25 le système de guidage et de navigation doit être de type proportionnel Ceci nécessite la détermination de la vitesse du vecteur ligne de visée par inertie et l'opération ne peut évidemment pas être effectuée sans référence inertielle. Pour les raisons indiquées précédemment, les gyroscopes mécaniques connus ne permettent pas l'établissement de la référence inertielle nécessaire étant donné que les gyroscopes mécaniques ne peuvent pas résister à l'accélération énorme du lancement Bien qu'il soit possible de suivre le fond continu correspondant aux échos 35 de la zone cible afin qu'une référence fixe soit établie directement à partir du sol, une telle opération ne donne avec précision qu'une référence inertielle par rapport à des types très limités d'échos du sol Ainsi, non seulement le problème du balayage n'a pas pu être résolu mais encore l'établissement d'une référence inertielle à utiliser pendant la poursuite d'une cible mobile a posé un problème important. L'invention concerne un procédé et un appareil qui ne présentent pas les inconvénients des dispositifs et procédés connus et qui constituent une contribution importante à la technique des projectiles lancés par un canon. 10 Elle concerne aussi un procédé et un appareil permettant un réglage de la trajectoire d'un projectile lancé par un canon après son lancement. Elle concerne aussi un procédé et un appareil de réglage de la trajectoire d'un tel projectile lancé par un canon, avec une robustesse suffisante pour que l'accélération énorme appliquée au projectile pendant le lancement soit supportable. Elle concerne aussi un procédé et un appareil permettant la détection d'une cible qui ne sous-tend qu'une 20 très petite partie de la surface couverte par le rayonnement de l'émetteur radar. Elle concerne aussi un procédé et un appareil de réglage de la trajectoire du projectile lancé par un canon afin qu'il vienne frapper une cible choisie qui 25 se trouve dans une zone prédéterminée. Elle concerne aussi un procédé et un appareil de réglage de la trajectoire d'un projectile lancé par un canon, permettant le balayage de la zone contenant la cible afin qu'une cible potentielle soit choisie, puis 30 que la cible choisie, lorsqu'elle est mobile, soit suivie, la trajectoire du projectile étant ensuitemodifiée afin qu'il vienne frapper la cible choisie. Elle concerne aussi un procédé et un appareil de réglage de la trajectoire d'un projectile lancé par un canon, mettant en oeuvre un gyromètre qui est suffisamment résistant pour qu'il puisse supporter l'accélération du lancement tout en donnant la référence inertielle nécessaire à la poursuite d'une cible mobile choisie. Plus précisément, l'invention concerne un procédé et un appareil de guidage de la trajectoire d'un projectile lancé par un canon afin qu'il vienne frapper une cible. L'appareil selon l'invention comporte une antenne qui est dirigée vers l'avant du projectile en position décalée par rapport à l'axe de celui-ci avec un angle de décalage prédéterminé, éventuellement variable L'information provenant de l'antenne est transmise à un processeur de signaux 10 et à un ordinateur de calcul de position de cible qui traite l'information et sélectionne une cible puis suit la cible choisie lorsqu'elle est mobile et crée de façon continue un signal d'erreur représentatif de l'emplacement de la cible Le signal d'erreur parvient alors au système 15 de guidage du projectile Ce système comprend une ou plusieurs ailettes fixes qui provoquent la rotation du projectile autour de son axe pendant son vol et une ou plusieurs ailettes de guidage qui sont mobiles afin que la direction de la trajectoire du projectile soit réglée en fonction 20 de l'information contenue dans le signal d'erreur. Le procédé selon l'invention comprend la mise en rotation du projectile à une fréquence particulière à l'aide d'ailettes fixes ou mobiles afin que l'antenne balaie coniquement une zone contenant une cible Un exemple 25 de valeur de fréquence est de 25 Hz Le processeur et l'ordinateur de calcul de la position traitent l'information provenant du balayage conique de l'antenne et calculent la distance et la direction de la cible par rapport au point visé par le projectile, et créent ainsi un signal d'erreur Ce signal d'erreur est alors transmis au système de guidage du projectile afin qu'il commande le déplacement des ailettes de guidage et modifie ainsi la trajectoire du projectile, le point de visée sur la cible choisie étant alors positionné autrement afin que le projectile atteigne 35 la cible. L'appareil selon l'invention comporte en outre un système de navigation qui met en oeuvre un ou plusieurs gyromètres pour l'établissement d'une référence inertielle pendant le vol Cette référence est utilisée par l'ordinateur qui calcule la position de cible afin que l'ordinateur puisse suivre la cible mobile sans que les échos parasites du fond soient suivis pour l'établissement d'une référence fixe tirée directement du sol. Tous les éléments de l'appareil selon l'invention sont réalisés de façon convenable afin qu'ils supportent l'énorme accélération du projectile pendant son lancement. Plus précisément, on note que l'antenne décalée par rapport 10 à l'axe est une antenne fixe qui n'a pas de partie mobile et qui peut cependant effectuer un balayage conique grâce à la rotation du projectile qui assure sa stabilisation, sous la commande d'ailettes fixes En outre, les gyromètres consideres sont suffisamment précis pour qu'ils établissent 15 la référence inertielle et suffisamment robustes pour qu'ils supportent le lancement du canon Enfin, il faut noter que le processeur des signaux et l'ordinateur de calcul de la position de la cible, comme ils sont réalisés par mise en oeuvre de la technologie actuelle des semi20 conducteurs, peuvent supporter de même l'accélération énorme du projectile pendant le lancement Les seuls dispositifs mobiles mécaniquement dans l'appareil selon l'invention sont les ailettes fixes et les ailettes de guidage qui sortent du projectile apres le lancement On a déterminé 25 industriellement que de telles ailettes fixes destinées à sortir du projectile pouvaient être réalisées de manière qu'elles supportent l'accélération du projectile pendant le lancement Ainsi, il est possible que des ailettes analogues de guidage soient légèrement déplacées pendant 30 le vol afin que la trajectoire du projectile soit réglée. Une autre possibilité est l'utilisation d'ailettes mobiles qui commandent à la fois la vitesse de rotation et la trajectoire de vol du projectile Il est aussi possible de ne faire tourner de manière réglée qu'une partie du pro35 jeztile, les ailettes arrière pouvant alors tourner librement. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un diagramme synoptique représentant l'appareil selon l'invention; la figure 2 représente schématiquement un projectile tourillonnant qui balaie une zone contenant une cible, par mise en oeuvre du procédé de l'invention; et la figure 3 est un schéma représentant l'antenne qui fonctionne d'après le déphasage. Sur les diverses figures, les références identiques désignent des éléments analogues. La figure 1 est un diagramme synoptique d'un appareil selon l'invention Cet appareil comprend essentiellement un système radar de balayage et de poursuite portant 15 la référence générale 10 et incorporé à un projectile 12 lancé par un canon Plus précisément, le radar 10 a une antenne 14 dirigée vers l'avant du projectile 12. Cette antenne 14 est une antenne fixe qui émet et reçoit un faisceau 16 avec un angle de décalage O par rapport 20 à l'axe 18 du projectile 12 Comme décrit dans la suite plus en détail, l'angle de décalage O peut être modifié, par réglage électronique de la phase ou par réglage de fréquence pendant le fonctionnement. L'antenne 14 est reliée de manière classique 25 à un émetteur 20 et a un processeur 22 de signaux, si bien que le processeur 22 reçoit les réflexions du faisceau émis 16 provenant de la zone contenant la cible Le processeur 22 traite le signal reçu afin qu'il tire l'information relative à la cible, et il transmet cette information 30 à un ordinateur 24 qui calcule la position de la cible. Celui-ci sélectionne une cible choisie parmi d'autres cibles qui peuvent être présentes, calcule l'emplacement de la cible choisie par rapport au point de visée du projectile 12 et calcule un signal d'erreur qui en est représentatif. 35 Ce signal d'erreur parvient au système 26 de réglage qui règle la direction du projectile 12 à l'aide d'une ou plusieurs ailettes 28 de guidage qui dépassent du projectile 12. Un système 30 de navigation qui comporte un gyromètre (décrit dans la suite plus en détail) est destiné à établir une référence inertielle que doit utiliser l'ordinateur 24 afin que celui-ci puisse suivre les cibles mobiles. 5 Une référence verticale est donnée par un canal 32 d'antenne auxiliaire Lorsque le rayonnement du radar provenant de ce canal vient frapper perpendiculairement le sol, une fois par tour, un écho intense est obtenu et établit un plan vertical de référence passant par l'axe du projec10 tile En outre, le processeur 22 peut comporter un second canal passif destiné à recevoir un signal passif millimétrique provenant de la région de la cible De plus, le canal passif du radar peut comporter un circuit 34 de détection de brouillage L'information de brouillage est transmise à l'ordinateur 24 afin que la fréquence d'émission du faisceau 16 du radar soit modifiée. La figure 2 illustre le procédé selon l'invention. Plus précisément, celui-ci comprend la mise en rotation du projectile 12 autour de son axe, à l'aide d'une ou plusieurs ailettes fixes 36 Le faisceau 16 émis par l'antenne 14, comme il est décalé par rapport à l'axe 18 de l'angle 0, provoque la formation d'une image d'une empreinte 40 sur le plan du sol Comme le projectile 12 tourne, l'empreinte 40 assure un balayage conique de la zone 38 contenant 25 la cible autour du point 42 de visée du projectile 12. Le système radar qui peut être utilisé est par exemple du type à modulation de fréquence et entretenu ayant une modulation linéaire en fréquence en dents de scie Le mélange du signal d'écho reçu avec le signal 30 émis donne un signal à basse fréquence proportionnelle à la distance Dans le récepteur radar, -une série de filtres passe-bande sont incorporés Lorsque le projectile se rapproche du sol avec une certaine inclinaison comme indiqué sur la figure 2, cette série de filtres découpe l'empreinte 35 40 du faisceau de l'antenne en un certain nombre de bandes dont un petit nombre est représenté sur la figure 2 par les références 53, 54, 55 Il est évident que ceci améliore beaucoup le rapport du signal de la cible au bruit de fond. ll faut noter que le balayage toni(lque d(e la surface 38 de la cible est analogue à celui qui est obtenu avec les antennes classiques de balayage simultané et de poursuite Cela signifie que la direction du vecteur allant du point de visée 42 à la cible peut être déterminée. La détermination de la cible nécessite aussi la connaissance de la longueur du vecteur Cette connaissance est obtenue 10 par utilisation du faisceau d'antenne avec un diagramme à une seule impulsion en direction radiale, l'angle O entre le centre du faisceau 40 et l'axe 18 du projectile étant réglé électroniquement. La figure 3 représente un exemple de réalisation d'antenne Elle comprend un arrangement d'organes d'alimentation 64, 65, 66 et 67 qui éclairent une lentille diélectrique 68 Deux faisceaux de directionslégèrement différentes sont alors formés étant donné la présence des déphaseurs 69 et 70 Les deux faisceaux sont combinés sous forme 20 d'un faisceau somme E correspondant au faisceau 40 de la figure 2 et d'un faisceau différence A ayant une racine au centre du faisceau somme Les circuits déphaseurs 69, 70 peuvent être commandés électroniquement de manière que l'angle O puisse être modifié Grâce à cette disposition, 25 toute cible comprise dans l'ellipse 38 peut être suivie. Enfin, il faut noter que, lorsque le projectile 12 se déplace vers la cible, la dimension de la zone 38 de la cible diminue. Comme indiqué précédemment, une référence iner30 tielle doit être établie afin que le guidage soit précis sur une cible éventuellement mobile La référence inertielle établie à l'aide du procédé de l'invention met en oeuvre un gyromètre qui a une précision suffisante pour qu'il transmette les données nécessaires de référence inertielle 35 et verticale et suffisamment robuste pour qu'il supporte l'accélération du projectile pendant le lancement De tels gyromètres existent sur le marché, par exemple les gyromètres à semi-conducteur Un exemple de gyromètre est le gyromètre optique à compensation de déphasage, à semi-conducteur de Mc Donnel Douglas représenté au volume 19, n 18 de septembre 1980 de Applied Optics. Le radar particulier, les fréquences de travail, etc qui sont choisis sont très subjectifs On décrit maintenant un radar particulier 10 qui peut être utilisé selon l'invention, dans un mode de réalisation. L'antenne 14 a une ouverture efficace d'environ 10 cm et la fréquence d'émission du faisceau 16 est d'environ G Hz Pour une portée initiale de 2000 m, la largeur de l'empreinte 40 est d'environ 284 m On considère aussi que le radar 10 a un diagramme sensible au déphasage qui permet un changement rapide de l'angle du faisceau 16 pendant la poursuite de la cible choisie Cette caractéristique permet au radar 10 de placer la cible à la racine d'un discriminant de la position si bien que la cible est déterminée avec précision pour toutes les positions dans le champ de vision du radar. Comme indiqué précédemment, après détection et sélection de la cible, les circuits déphaseurs 69 et 70 sont mis à un déphasage qui donne une décalage du faisceau radar 16 qui centre le faisceau sur la position de la cible lorsqu'elle est balayée, si bien que le signal A 25 est annulé et le signal L est maximal à ce moment La position mesurée de la cible et le champ de vision du dispositif chercheur sont références par la référence inertielle transmise par le gyromètre et par rapport au sol Grâce à cette information de position combinée à la référence inertielle, la trajectoire optimale de guidage peut atre déterminée pour le projectile 12. Une seconde technique destinée à donner l'information sur Le point de visée du centrolde comprend l'utilisation du canal passif du récepteur radar comme radiomètre passifo La cibie apparait en général "froide" au radiomètre (réflexion par le ciel) par rapport au sol plus chaud. une meslre de la température du sol au ciel pendant le vol par le canal auxiiaire 32 de l'antenne et la connais- sance de la distance de la cible permettent l'utilisation du diagramme de modulation en températurepour l'obtention d'une information angulaire de visée pour le radar 10. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Projectile lancé par un canon, caractérisé en ce qu'il comprend: un radar ( 10) comportant une antenne ( 14) fixée suivant un angle prédéterminé par rapport à l'axe du projectile, le radar comprenant un dispositif ( 22) de traitement de l'information reçue parl'antenne afin qu'une cible potentielle soit détectée et choisie, le radar ( 10) comportant en outre plusieurs dispositifs délimitant une fenêtre de distance destinée à donner un bon rapport du signal au bruit de fond, le radar comprenant un ordinateur ( 24) de calcul de la position de la cible, destiné à calculer l'empla15 cement de la cible choisie par le dispositif de traitement, et un système de guidage ( 26) comportant une ou plusieurs ailettes ( 28) qui peuvent être guidées afin qu'elles modifient la direction de vol du projectile d'après l'information 20 de direction provenant de l'ordinateur de calcul de la position de la cible. 2 Projectile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le radar ( 10) est un radar actif comprenant un émetteur( 20) destiné à diriger un faisceau de l'antenne 25 ( 14) de manière que celle-ci balaie coniquement une zone contenant une cible. 3 Projectile selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence du faisceau émis par l'antenne ( 14) est réglable afin que l'angle d'inclinaison ( 0) du 30 faisceau par rapport a l'axe du projectile soit réglé. 4 Projectile selon la revendication 2, caractérisé en ce que le faisceau de l'antenne ( 14) est réglé par réglage électronique du déphasage afin que l'angle d'inclinaison ( 0) du faisceau et de l'axe du projectile puisse 35 être réglé. Projectile selon la revendication 4, caractérisé en ce que le faisceau réglé électroniquement est destiné à former un faisceau somme (ú) ayant son gain maximal d'antenne pour l'angle de décalage et un faisceau différence (A) ayant un gain nul pour l'angle de décalage. 6 Projectile selon l'une quelconque des revendica5 tions 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs ailettes ( 36) destinées à faire tourner le projectile ou une partie de celui-ci autour de son axe pendant son vol afin que l'antenne assure un balayage conique. 7 Projectile selon la revendication 1, caracté10 risé en ce qu'il comprend en outre un dispositif ( 30) destiné à former une référenceinertielle pour l'ordinateur de calcul de position de cible, afin que celui-ci puisse suivre une cible choisie. 8. Projectile selon la revendication 5, caracté15 risé en ce que le radar ( 10) comporte un canal auxiliaire d'antenne ( 32) dont le signal d'écho établit une référence verticale. 9 Procédé de réglage de la trajectoire d'un projectile lancé par un canon, caractérisé en ce qu'il 20 comprend: le balayage conique d'une zone contenant une cible à l'aide d'une antenne ( 14) fixée en position désaxée par rapport à l'axe du projectile, le traitement de l'information reçue par l'antenne 25 afin qu'une cible potentielle soit détectée et choisie, le calcul de l'emplacement de la cible choisie, et la modification de la trajectoire du projectile afin qu'il vienne frapper la cible choisie. Procédé selon la revendication 9, caracté30 risé en ce qu'il comprend en outre la transmission d'un faisceau par l'antenne ( 14) de manière que l'antenne reçoive les échos du faisceau provenant de la région de la cible et permette ainsi un traitement ultérieur de détermination de la position de la cible. 11 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend l'établissement d'une référence inertielle afin que le dispositif de traitement ( 24) puisse suivre une cible mobile.