Brevet FR2594538A1 — publié le 19870821

PROCEDE DE MESURE DES ECARTS DE CALAGE ENTRE LE TRIEDRE DE REFERENCE D'UNE CENTRALE A INERTIE ET UN TRIEDRE DE REFERENCE EXTERIEUR, ET SON UTILISATION DANS UN SYSTEME D'ARMES La présente invention se rapporte à la navigation aéronautique en général, et plus particulièrement à la mesure des écarts de calage, en translation et en orientation, entre le trièdre de référence d'une centrale à inertie équipant un mobile (tel que missile, fusée... ) et un trièdre de référence extérieur. La présente invention sera plus particulièrement illustrée ciaprès par son application à un système d'armes mais son principe est transposable à toute autre application dans laquelle se posent des problèmes analogues. Un système d'armes se compose de manière connue d'une unité d'acquisition UA apte à assurer la détection et la localisation de cibles par rapport à un trièdre de référence lié à cette unité d'acquisition, et d'unités de lancement UL aptes à assurer le lancement de missiles. On considère plus particulièrement les systèmes d'armes dans lesquels ces missiles sont équipés d'un autodirecteur et d'une centrale à inertie, et dans lesquels la trajectoire de ces missiles est déterminée par enchaînement successif de deux types de guidage, de précision croissante: tout d'abord, à partir de l'unité de lancement UL et tant que la cible est hors de portée du faisceau de l'autodirecteur, un guidage dit inertiel, puis entre un point M de cette trajectoire qui est tel que la cible puisse être interceptée par le faisceau de l'autodirecteur, et le point d'impact du missile sur la cible C, un guidage par écartométrie entre la position de la cible et la position de l'axe du faisceau de l'autodirecteur. La centrale à inertie d'un missile est constituée par un cube qui est logé dans ce missile et qui, lorsque celuici est encore immobile sur l'unité de lancement, définit "mécaniquement" un trièdre ayant pour origine l'unité de lancement et pour directions les arêtes de ce cube. Ce cube est muni sur ses différentes faces, d'appareils de mesure tels que accélérométres et gyromètres qui permettent de déterminer en tout point de la trajectoire du missile les coordonnées de ce point par rapport au trièdre de référence qui est défini par les directions occupées par les trois axes de la centrale à inertie, avant le lancement du missile. Le guidage inertiel est assuré par comparaison à chaque instant entre d'une part les coordonnées de la cible fournies à cet instant au missile par l'unité d'acquisition, et d'autre part les coordonnées du missile fournies au même instant par la centrale à inertie, puis réaction sur les gouvernes du missile, en fonction du résultat de cette comparaison, de manière à ce que la trajectoire du missile se rapproche le plus possible de la cible. Le guidage par écartométrie est assuré à chaque instant par la mesure de l'écart entre l'axe du faisceau de l'autodirecteur et la position de la cible, puis réaction sur les gouvernes du missile de manière à annuler les éventuels écarts. Un problème apparaît alors qui est dû au fait que au cours du guidage inertiel les coordonnées comparées ne sont pas mesurées dans le même trièdre de référence. En effet les coordonnées de la cible sont fournies par l'unité d'acquisition et sont donc mesurées dans le trièdre de référence lié à celle-ci, et les coordonnées de la position du missile sont fournies par la centrale à inertie du missile et sont donc mesurées dans le trièdre de référence lié à celle-ci. Or il peut exister entre ces deux trièdres de référence des écarts de calage, d'une part en translation (dQs au fait que les origines de ces deux trièdres, constituées respectivement par l'unité d'acquisition et par l'unité de lancement, sont géographiquement distinctes) et d'autre part en orientation (dûs au fait que les directions des axes de ces deux trièdres peuvent être différentes). S'il est relativement facile de connaître les écarts en translation entre ces deux trièdres, un problème se pose toutefois pour la mesure des écarts en orientation. Il convient alors de voir comment en pratique sont déter minées les directions des axes de ces différents trièdres. Soit (UA, X0 Yo Z0) le trièdre de référence lié à l'unité d'acquisition et (UL, X', Y' Z') le trièdre de référence lié à la centrale à inertie. En pratique les axes verticaux Z0 et Z' peuvent être déterminés au moyen d'inclinomètres asservis, les axes Y0 et Y' peuvent être déterminés au moyen de chercheurs de Nord géographique et les axes X0 et X' peuvent être déterminés connaissant les axes Y0, Z0 d'une part et Y', Z' d'autre part. On pourrait alors penser que ce mode de détermination garantit à lui seul une identité entre les directions des axes de ces deux trièdres de référence. Or il n'en est rien car une difficulté pratique apparaît pour assurer une identité entre les directions Yo et Y'. En effet, sur une même unité de lancement (en pratique constituée par un véhicule) plusieurs missiles sont regroupés à l'intérieur d'un conteneur dans lequel ils sont disposés côte à côte dans des glissières. Un chercheur de Nord géographique étant un appareil relativement encombrant et d'emploi très délicat, chacun des missiles ne peut être équipé individuellement d'un tel appareil. Un seul chercheur de Nord géographique est alors disposé à proximité de ce conteneur en s'efforçant de disposer une des faces de ce conteneur qui constitue la référence, parallèlement à la direction donnée par ce chercheur de Nord, et en mesurant l'éventuel écart entre ces deux directions au moyen d'un système de mesure optique (miroir et lunette de visée).Mais cet écart ne peut être admis comme constituant l'écart entre la direction Y0 et la direction Y' relative à chacun des missiles que si l'on est assuré que la face de référence des cubes des centrales à inertie des différents missiles du conteneur est bien parallèle à la face de référence du conteneur et que d'une manière générale la chaîne mécanique constituée par les blocs des centrales à inertie des missiles, les structures des missiles, les conteneurs des missiles et la rampe de lancement des missiles présente une rigidité parfaite. On conçoit aisément que ceci est très difficile à obtenir en pratique, si ce n'est au prix d'une mécanique extrêmement précise et extrêmement coûteuse. En revanche, des appareils tels que les inclinomètres asservis (permettant de déterminer la direction verticale Z en un lieu donné) étant des appareils relativement peu encombrants, chacune des centrales à inertie des différents missiles peut être équipée individuellement d'un tel appareil, ce qui permet de garantir une identité entre les directions verticales Z et Zg, malgré l'orientation à priori inconnue des cubes des différentes centrales à inertie dans les différentes glissières du conteneur. La présente invention apporte une solution différente à ce problème, nécessitant une précision mécanique moindre, et présentant par ailleurs l'avantage d'utiliser le même principe pour la mesure des écarts de calage en translation et en orientation entre les deux trièdres de référence (UA, X0 Yo Z0) et (UL, X' Y' Z'). La présente invention est basée sur une mesure des écarts de calage entre les trièdres de référence, non plus statique, c'est-à-dire alors que le missile est encore immobile sur l'unité de lancement, mais dynamique, c'est-à-dire en cours de vol, et plus particulièrement en un point, dit de ralliement, où le guidage par écartométrie commence à être mis en oeuvre, ce qui, outre le fait de dispenser d'une très grande précision mécanique, permet de prendre en compte tous les phénomènes de dérive qui peuvent affecter le trièdre de référence lié à la centrale à inertie du missile au cours du vol de celui-ci, cette mesure des écarts de calage étant par ailleurs effectuée non plus mécaniquement, mais suivant un principe de mesure radioélectrique. Suivant l'invention, le procédé de mesure des écarts de calage entre le trièdre de référence (X' Y' Z de la centrale à inertie d'un mobile, déterminé au point de départ (UL) de ce mobile, et un trièdre de référence extérieur (UA, X0 Yo Z0), est essentiellement caractérisé en ce qu'il consiste à:: - mesurer, par localisation radio-électrique, au moyen d'éléments de référence radioélectrique) et de deux éléments de localisation radioélectrique équipant respectivement le mobile et son point de départ, les coordonnées (xffl, yR ) du point de départ UL du mobile et les coordonnées (xm, Ym) d'un point M de la trajectoire de ce mobile dans un trièdre de référence auxiliaire (X2 Y2 Z2) dont les axes X2 Y2 Z2 sont déterminés de la même façon que le trièdre de référence extérieur;; - calculer les coordonnées (x = xm - xL, y = ym - Y11) du point M dans un trièdre de référence théorique d'origine UL et d'axes XYZ parallèles aux axes du trièdre de référence auxiliaire (X2 Y2 Z donc parallèles aux axes du trièdre de référence extérieur; - mesurer les coordonnées (x', y') du même point M dans le trièdre de référence (X' Y' Z') de la centrale à inertie du mobile; - calculer, à partir des coordonnées ainsi mesurées du même point M l'écart a en orientation entre le trièdre de référence de la centrale à inertie du mobile et le trièdre de référence extérieur:: a = arc (tg xY) ~ arc (tg Y, ) D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, cette description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma illustrant le principe de l'invention; - la figure 2 est un schéma rappelant le principe de la localisation radio-électrique en mode circulaire. A titre d'exemple, I'invention est également illustrée sur ces figures dans le cadre de son application à un système d'armes du type rappelé dans l'introduction. La figure 1 représente schématiquement dans un plan horizontal (seuls les axes X et Y des différents trièdres étant représentés) I'unité d'acquisition UA et l'unité de lancement UL d'un système d'armes, la position M à un instant donné d'un missile lancé par l'unité de lancement UL, et une cible C devant être interceptée par ce missile. Le trièdre de référence lié à la centrale à inertie du missile est déterminé avant lancement de celui-ci et a pour origine UL et pour axes les axes X' Y' qui présentent une erreur de calage o par rapport aux axes X0 Yo du trièdre de référence lié à l'unité d'acqui sition, d'origine UA et d'axes X0, Y0. Le procédé suivant l'invention permet de mesurer l'écart o en orientation de ces deux trièdres, au cours du vol du missile, par le procédé connu de localisation radio-électrique qui est maintenant rappelé en relation avec la figure 2, à titre d'exemple dans le cas d'une localisation radio-électrique en mode circulaire. Ce procédé est basé sur l'utilisation de deux balises répondeuses B1 et B2 et d'un interrogateur I1 qui est situé en un point P1 dont il s'agit de mesurer les coordonnées xl et y1 dans un repère orthogonal (x, y) qui a pour origine B1 et qui est tel que l'axe x est colinéaire avec la droite B1 B2. Pour cela les distances D1 et D2 entre l'interrogateur I1 et chacune des balises B1 et B2 sont déterminées suivant le principe de l'interrogation-réponse. Puis les coordonnées xl et y1 sont obtenues à partir des distances D1 et D2 ainsi mesurées et de la distance "d" entre les balises B1 et B2, au moyen des relations suivantes: Les mêmes opérations pourraient être effectuées avec un procédé de localisation radio-électrique tel que le procédé NAVSTAR ou G.P.S. (Global Precision System), à la différence près que les balises répondeuses B1 et B2 seraient remplacées par des satellites et les interrogateurs I1 et I2 par des récepteurs. On revient maintenant à la figure 1. Grâce à deux balises B1 et B2, et à trois interrogateurs localisés respectivement dans l'unité d'acquisition UA, dans l'unité de lancement UL et dans le missile, il est possible de déterminer les coordonnées des points UA, UL et M dans un repère orthogonal (B1 X1 Y1) d'origine B1 et d'axe X1 colinéaire avec la droite B1 B2, appelé premier repère auxiliaire. Par ailleurs au point B1 il est possible de déterminer la direction N du Nord géographique, et partant, de définir un second repère auxiliaire (B1 X2 Y2) dont la direction Y2 comcide avec le Nord géographique. Au point B1 il est également possible de déterminer l'angle y entre la direction N du Nord géographique et la direction B1 B2. Connaissant l'angle y il est possible d'effectuer par le calcul une transposition des coordonées des points UA, UL et M du premier repère auxiliaire (B1 X1 Y1) vers le second repère auxiliaire (B1 X2 2 Soient (xa, a' (x1, y1) et (xm, y,) les coordonnées des points UA, UL et M dans le second repère auxiliaire (B1 X2 Y2). A partir de ces coordonnées, il est possible de calculer l'écart en translation entre le repère (UL X' Y') lié à la centrale à inertie et le repère (UA X0, Y0) lié à l'unité d'acquisition. Cet écart en translation s'exprime respectivement par xl - xa et y1 - Ya. Lorsque le système NAVSTAR n'est pas utilisé l'écart en translation verticale (Z - Za) peut être fourni par des capsules barométriques. Il est par ailleurs possible, à partir des coordonnées précédentes, de déterminer les coordonnées (x, y) du point M dans un repère théorique (UL, X Y), d'origine UL et d'axes X Y parallèles aux axes (X2 Y2) du second repère auxiliaire, ou, ce qui revient au même, aux axes (X0 Y0) du repère lié à l'unité d'acquisition. On a en effet: X=Xm -x1 Y = Ym - Y1 Or on connaît par ailleurs au moyen de la centrale à inertie du missile les coordonnées (x', y') du même point M dans le repère réel (UL X' Y') lié à la centrale à inertie. Partant des coordonnées (x y) et (x' y') du même point M ainsi établies par deux moyens différents dans deux repères de même origine présentant entre eux la même erreur de calage o qu'entre les repères (UA, X0 Y0) et (UL, X'Y'), il est alors possible de déterminer cette erreur de calage o par la relation: a =arc(tgY)-arc(tgV,) Pour calculer l'angle a sans que les éventuels écarts au point M, de la direction Z' par rapport à la verticale ne produisent des erreurs, il est possible d'effectuer des corrections sur les coordonnées x' et y', en utilisant, comme il est connu de le faire les valeurs des écarts par rapport à la verticale qui sont fournies par les inclinomètres asservis, et la valeur de l'altitude z'du point M qui est fournie par la centrale à inertie. Dans le cas de l'application ainsi décrite à un système d'armes, la connaissance des écarts en translation et en orientation est mise à profit pour transposer les coordonnées de la cible, du trièdre de référence lié à l'unité d'acquisition dans lequel elles sont acquises, vers le trièdre de référence lié à la centrale inertie, dans lequel elles doivent être utilisées, afin d'assurer au missile une trajectoire correcte, lui permettant d'intercepter la cible. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure des écarts de calage entre le trièdre de référence (UL, X' Y' Z de la centrale à inertie d'un mobile, déterminé au point de départ (UL) de ce mobile, et un trièdre de référence extérieur (UA, Xg Yo Z0), caractérisé en ce qu'il consiste à :: - mesurer, par localisation radio-électrique, au moyen d'éléments de référence radioélectrique,et de deux éléments de localisation radioélectrique équipant respectivement le mobile et son point de départ (UL), les coordonnées (xQ, YIL) du point de départ UL du mobile et les coordonnées (xm, Ym) d'un point M de la trajectoire de ce mobile dans un trièdre de référence auxiliaire (X2 Y2 Z2) dont les axes X2 Y2 Z2 sont déterminés de la même façon que le trièdre de référence extérieur (UA, X0 Y0 Z0);; - calculer les coordonnées (x = xm.xl, y = Ym-yl) du point M dans un trièdre de référence théorique (UL, XYZ) d'origine UL et d'axes XYZ parallèles aux axes (X2, Y2, Z2) du trièdre de référence auxiliaire (X2 Y2 Z donc parallèles aux axes (X0, Y0, 7 Z0) du trièdre de référence extérieur (UA, X0 Y0 Z0) - mesurer les coordonnées (x', y') du même point M dans le trièdre de référence (UL, X' Y' Z') de la centrale à inertie du mobile; - calculer, à partir des coordonnées ainsi définies (x, y) et (x', y') du même point M, I'écart o en orientation entre le trièdre de référence (UL, X' Y' Z') de la centrale à inertie du mobile et le trièdre de référence extérieur (UA, X0 Y0 Z0) a =arc(tg-arc(tg). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque la localisation radio-électrique est une localisation radio électrique en mode circulaire, la détermination des coordonnées (x2, (XQ, yt) du point de départ UL du mobile et (xm, ym) d'un point M de la trajectoire de ce mobile dans le trièdre de référence auxiliaire (X2 Y2 Z2) consiste à :: - mesurer, par localisation radio-électrique en mode circulaire, au moyen de deux balises répondeuses B1, B2 et de deux interrogateurs équipant respectivement le mobile et son point de départ (UL), les coordonnées du point de départ UL du mobile et d'un point M de la trajectoire de ce mobile dans un premier trièdre de référence auxiliaire (B1, X1 Z1) tel que l'axe X1 soit colinéaire avec la droite B1 B2; - définir au point B1 un second trièdre de référence auxiliaire (B1, X2 Y2 Z2) dont les axes X2 Y2 Z2 sont déterminés de la même façon que le trièdre de référence extérieur (UA, XO YO ZO) - déterminer l'écart en orientation (y) entre le premier et le second trièdre de référence auxiliaire;; - calculer les coordonnées (x1, Y1) du point UL et (xm, y .) du point M dans le second trièdre de référence auxiliaire, à partir de leurs coordonnées respectives dans le premier trièdre de référence auxiliaire, et de l'écart en orientation (y) entre le premier et le second trièdre de référence auxiliaire. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à corriger les coordonnées mesurées (x', y'), en utilisant les mesures effectuées par des inclinomètres asservis et la valeur de l'altitude z' mesurée par la centrale à inertie, pour tenir compte de l'écart de calage de la direction Z' du trièdre de référence (UL X' Y' Z') de la centrale à inertie par rapport à la verticale. 4. Procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à: - mesurer par localisation radio-électrique, au moyen des éléments de référence radioélectrique,et d'un élément de localisaton radioélectrique localisé à l'origine (UA) du trièdre de référence extérieur (UA, XO YO ZO) les coordonnées (xa, Ya) du point UA dans le trièdre de référence auxiliaire (X2 Y2 Z2); - calculer l'écart en translation (xrxa, Yl-ya) entre le trièdre de référence (UL, X' Y' Z') de la centrale à inertie du mobile et le trièdre de référence extérieur (UA, XO YO Z0). 5. Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 et 4, dans un système d'armes, pour calculer les écarts entre le trièdre de référence (UL, X' Y' Z de la centrale à inertie d'un missile lancé par une unité de lancement UL, et le trièdre de référence (UA, XO Y0 ZO) d'une unité d'acquisition UA apte à détecter et à positionner une cible (c) devant être interceptée par ce missile.