Brevet FR2632072A1 — publié le 19891201

26320)2 PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION DE PROCHAINE INTERPOSITION DE MASQUE ENTRE UN AVION ET UNE CIBLE, NOTAMMENT DANS UN SYSTEME DE TIR AUX ARMES GUIDEES PAR LASER La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection de prochaine interposition de masque entre un avion et une cible, notamment dans un système de tir aux armes guidées par laser. Un système de tir aux armes guidées par laser met en oeuvre 0 un avion transportant des armes équipées d'un autodirecteur sensible à la réception d'un rayonnement infrarouge. Cet avion est par ailleurs équipé d'un système de poursuite automatique de la cible, afin d'asservir à la direction de la cible d'une part la direction de visée, d'autre part la direction de rayonnement d'un émetteur infrarouge localisé dans l'avion. Ce rayonnement étant ensuite réfléchi par la cible, I'autodirecteur peut, une fois le tir effectué, asservir sa direction à celle de la cible tout au long du trajet parcouru par les armes jusqu'à la cible. Le problème se pose alors de l'éventualité d'une interposition d'obstacles (tels que collines, etc....), communément appelés "mas- ques", entre avion illumrninateur et cible, qui interrompaient la réception du rayonnement infrarouge par l'autodirecteur des armes, et par là-même empêchaient le système de fonctionner correc- tement. La présente invention permet d'obtenir une détection automa- tique des risques immédiats d'interception de la ligne avion-cible par des masques, de façon à prévenir le pilote pour qu'il les évite ou pour réaliser un évitement automatique en agissant directement sur le pilotage de l'avion. La présente invention s'appuie sur l'image (télévision ou caméra thermique) fournie au pilote par le système de poursuite de la cible et exploite le fait que l'avion illuminateur effectue, pendant le trajet des armes, un virage de dégagement. Le procédé suivant l'invention de détection de prochaine interposition de masque entre un avion et une cible, notamment dans un système de tir aux armes guidées par laser, dans lequel l'avion comporte un système de poursuite automatique de la cible fournis- sant une image du paysage au sol sur laquelle la cible occupe en permanence une position fixe, est essentiellement caractérisé en ce qu'il consiste à détecter, au cours d'un virage effectué par l'avion, les points M de cette image, repérés par leur site iM-iC par rapport à la cible C, situés dans une zone telle que iM-iC celle des autres points de cette zone, de même altitude que la cible. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels: - La figure 1 est un schéma expliquant le principe de l'invention sur un exemple concret d'application; - La figure 2 est un schéma définissant les différents paramètres utilisés dans les calculs; Les figures 3a, 3b et 3c montrent schématiquement des exemples d'images obtenues dans les différents cas de figure possibles; - La figure 4 est un schéma synoptique d'un dispositif suivant l'invention. Le principe de l'invention apparaît sur la figure 1 représentant schématiquement un avion A survolant un paysage dans lequel figurent en particulier un pont, qui constitue en l'occurrence la cible C, et une colline qui constitue un risque immédiat d'interception de la ligne avioncible AC au cours du virage de dégagement effectué par l'avion et représenté par la trajectoire (y). Sur cette figure on a également représenté schématiquement l'image fournie au pilote par le système de poursuite de la cible, ainsi que l'évolution de cette image (représentée par des flèches) au cours du dégagement de l'avion. Puisque la poursuite automatique est assurée, le point C visé sur la cible paraît immobile sur l'image. Les points plus éloignés (tels que E: AE>AC) qui défilent plus lentement dans l'absolu paraissent défiler vers la droite de l'image (avec l'exemple choisi pour le sens de dégagement de l'avion) et inversement les points plus proches (tels que M: AM l'image s'ils sont plus près de l'avion que la cible et inversement. Par contre, un élément suffisamment élevé, comme la colline, est partiellement au-dessus de la ligne HC Hi sur l'image et, comme il est plus près de l'avion que la cible C (AR l'avion et la cible. Sur cette image l'axe ZZ' représente la verticale de l'image, et la ligne HH1 la perpendiculaire à l'axe ZZ' passant par le point C. Toutes ces propriétés font l'objet de développements et dé- monstrations ultérieurs. En conclusion, les éléments de paysage que feront masque (dans quelques secondes) se caractérisent par un champ de vitesses de défilement en opposition par rapport au champ existant au-dessus de la ligne HHI1 de l'image (ils vont vers l'axe vertical de l'image) et ils sont partiellement au-dessus de la ligne HH1 de l'image. Ce sont ces propriétés que l'invention se propose de détecter et la(les) portion(s) de terrain qui sont susceptibles de faire mas- que(s), sont signalées au pilote. On se reporte maintenant à la figure 2 pour calculer la vitesse angulaire de défilement des différents points de l'image. On consi- dère le trièdre géographique (Hx, Hy, Hz). z l 'avion est en A, la cible en C, le vecteur vitesse V suivant la direction AA'. La vitesse angulaire de défilement de la cible est: VDC c DC (o DC est la distance de l'avion à la cible et VDC la projection de V sur la droite Avion-Cible AC). Le calcul de VDC se ramène à celui de A'A" puisque VDC= A'A" x Y sin p (o p désigne la pente, soit l'angle entre le plan horizontal et le vecteur vitesse A). Donc: V V sin i sin p 2 =A'A" x H-D sin p =A'A" x Vsinisinp HD H2 (o i désigne l'angle de site du point C, soit l'angle formé par la direction AC et sa projection sur le plan horizontal d'équation z = 0). D'autre part: A'A"2 = d2 + d2 o d et d2 sont les distances 1 d2 d1 2 de A' à 2 plans perpendiculaires dont l'intersection est AC. On prendra: - le plan xHz d'équation y = O ce qui donne d1 = tH sin 6 - et le plan perpendiculaire à xHz contenant AC et d'équation x + t -z i =H tg! tg: H cos La distance d2 est alors égale à:Id21 = tg 11/2 2 l21 =g 1 1/ (+ i) puisque le point A' a pour coordonnées dans le repère considéré H H (tg-pcos 6, - tgp sin 6,0). D':2 2 2 H. 2 D'o: d2 = =d1 + d2 = (-p sin 6)2 H + (t'H cos 6 sin i - H cos i)2 tgp et: P déf = sin i sin 6 2 cos p2 + (cos 6 sin i cos p-cos i sin p)2 (2) C'est la vitesse de défilement absolue angulaire de la cible (ou de tout autre point de même cote z que la cible). Pour un point dont la cote est h par rapport à la cible le même calcul est valable mais c'est H-h qui remplace H et on obtient directement l'expression: l 2déf(h)= hV sini!sin2 6cos2p+(cos 6 sinih cosp-cos ih sin p) 2(3) Les angles i et p étant petits, on pourra en général négliger le second carré entre parenthèses dans le radical. Donc les expressions: V S2 déf - V sinisin 6 cosp (2') et 2 déf(h) HVh sinisin 6 cosp (3') remplaceront, pour la discussion, les expressions (2) et (3). On voit donc que, pour un point M à même cote z que la cible, la vitesse de défilement angulaire par rapport à la cible t S2 (= 2 défM - 2 défC) est: V I =MH sin 6 cos p (sin iM - sin ic)(4) h=0 et pour un point N de cote h par rapport à la cible C: v sin iN. tQ 2N V cos( h - sin 6 cosp(5 N hHh1- H C L'équation (4) montre par conséquent qu'un élément de paysage à la même cote z que la cible semble défiler, relativement à la cible (immobile dans l'image grâce à la poursuite automatique), propor- iM - i. iM + i C tionnellement à sin iM sin ic = 2 sin 2 cos iM -2 i 2sin cos iC (car l'angle iM est petit) donc pratiquement proportionnellement à l'écart angulaire iM - iC selon lequel il est vu et dans le même sens que le dégagement (avec l'orientation de 6 choisie sur la figure 2) si iM La formule (5) montre, au contraire, que pour un élément de paysage pour lequel h so, orn peut avoir iN 0, h donc un défilement opposé aux éléments de paysage dans la zone iM -H- sin iC Or sin iN = H-h et sin i = DH donc la condition précédente devient: DN En conséquence, tout élément de paysage à distance inférieure à celle de la cible et cependant vu "au-dessus" de la cible sur l'image, donc susceptible de masquer la cible, semblera défiler en opposition par rapport aux éléments de paysage de cette demi- image. D'ailleurs, si on applique la formule (5) à l'ensemble des points d'un élément de paysage tous à la même distance (par exemple une tour), on a pour tous ces points: sin iN H-hN/DN H constante. -hN DN IH H Donc tous ces points sont animés de la même vitesse appa- rente de défilement, quel que soit iN, et une partie de ces points (quelques étages inférieurs de la tour) soht dans la zone "au-dessous" de la cible sur l'image et ne feront pas masque, le reste étant "au- dessus". D'autre part, la condition pour que P déf soit opposé au sens de dégagement est, d'après la formule (5), siniN > H sin C ce qui donne, puisque sin iC = D H-h etsiniN=DN, DN iC Sin iM H-h sin iC H C M H" 'C ELEMENT M, "au-dessus de la cible" "au-dessous". SUR IMAGE ELEMENTS D > D CIBLE h = 0 O même sens que le dégagement sens opposé D > D CIBLE ELEMENTS R même sens sens opposé au dégagement he0MASQUE NON OUI NON POURQUOI au dela de la en deça de la pas assez haut cible cible et assez haut IMAGE Fig. 3a Fig. 3b Fig. 3c ru O ..,_,o naD La condition nécessaire et suffisante pour qu'un élément de paysage R constitue à court terme un masque qui s'interposera entre l'avion et la cible est que cet élément soit: - localisé sur l'image au-dessus de la ligne HH1 des vitesses angulaires de défilement apparentes (par rapport à la cible) nulles, c'est-à-dire dans une zone de points M définis par iM zone, de même altitude que la cible. Le principe ainsi exposé de détection de prochaine inter- position de masque entre avion et cible peut être mis en oeuvre de la façon suivante: - un calcul de la vitesse angulaire Q TM de défilement par rapport à la cible de tout point M de l'image de site 1iM obtenues pour tout point est alors effectuée, une éventuelle dif- férence de signe entre ces deux valeurs signifiant une prochaine interposition de masque au niveau des points M considérés. De façon à attirer l'attention du pilote, ces points pourront être renforcés sur la visualisation par incrustation d'un contour clignotant (par exemple). Par ailleurs, le délai de masquage TM, correspondant au bord du masque le plus près du centre C de l'image pourra être calculé par le quotient TM = t)M (o g représente le gisement, ou coordonnée suivant R l'axe HH1, du bord considéré du masque) et affiché sur la visua- lisation. Un schéma synoptique d'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est représenté sur la figure 4. Le calcul des vitesses angulaires Q TM par la formule (4): V TM = p sin 6 cos p (sin iM - sin iC) est effectué par des moyens de calcul I pour des lignes de points M équidistantes perpendi- culaires à l'axe ZZ et correspondant chacune à une valeur de l'angle de site iM. Les valeurs de la pente p et de la vitesse V sont fournies par la centrale inertielle 2 de l'avion. L'angle ic, ou angle entre la direction AC (Avion-Cible) et le plan horizontal est par ailleurs obtenu en retranchant au moyen du dispositif 3, l'angle d'assiette longitudinale AsLA donné par la cen- trale inertielle de l'avion à l'angle d'assiette longitudinale AsLN donné par la nacelle de poursuite 4 solidaire de l'avion. L'angle 6, ou angle entre les plans verticaux passant par AC et par V est obtenu en retranchant tout d'abord, au moyen du dispo- sitif 5 l'angle d'azimut AZA donné par la centrale inertielle de l'avion à l'angle d'azimut AZN donné par la nacelle de poursuite, puis en retranchant au moyen du dispositif 6, l'azimut AZv du vecteur vitesse, fourni par la centrale inertielle, à l'azimut ainsi obtenu. La valeur H est par ailleurs obtenue en retranchant l'altitude de la cible ZC à l'altitude de l'avion Z fournie par la centrale inertielle. La mesure des vitesses angulaires réelles P M est assurée par R un corrélateur d'images 8 qui reçoit d'une part les images fournies par la nacelle de poursuite, d'autre part la direction de l'axe ZZ', ou verticale de l'image, obtenue en retranchant l'angle de gite GA donné par la centrale inertielle de l'avion à l'angle de gite GN donné par la nacelle de poursuite. Plus exactement, le corrélateur 8 permet de calculer le décalage fg d'un point M de l'image, dans la direction perpendiculaire à l'axe ZZ' (ou décalage en gisement) entre deux instants t et t + A t. La vitesse angulaire S2 RM est ensuite obtenue en effectuant le calcul 2 RM = / Le produit S2RM x %TM est ensuite effectué pour tout point M tel que iM donnée précédemment, pour visualisation. Pour chaque zone de points M donnant lieu à un produit RM x n TM négatif, et correspondant donc à un masque, c'est le minimum des valeurs TM qui sera retenu. Le corrélateur d'images ne constituant pas l'objet de l'inven- tion proprement dit, et étant bien connu en soi, notamment par le brevet français n 1 504 656 on ne le décrira pas de façon détaillée. On a représenté sur la figure 5 un exemple de moyens de calcul de sin 6 (dispositifs 5 et 6 de la figure 4) à partir des valeurs AZA (azimut de l'avion donné par la centrale inertielle), AZN (azimut de la nacelle de poursuite) et AZV (azimut du vecteur vitesse), au moyen de "resolvers". Un exemple de réalisation des moyens de calcul 1 des valeurs p TM est donné sur la figure 6. Cet exemple est basé sur une écriture de la formule: V Q TM Y sin 6 cos p (sin iM - sin iC) sous la forme 2 Vy2 VVx + y (6) P TM Hsin 6 (sin iM - sin iC) o Vx, Vy et Vz sont les composantes du vecteur vitesse de l'avion dans le trièdre géographique, compte tenu de la relation: Vx y cos p = V Le schéma de la figure 6 comporte ainsi un ensemble de circuits réalisant les fonctions élémentaires: addition, soustrac- tions, multiplication, division, élévation au carré, extraction de racine carrée, fonction sinus, fonction Arcsinus ou Arccosinus. Les Il circuits réalisant ces fonctions sont représentés sur la figure 6 par leur symbole: +, -,x,, ()2 V, sin, Arc. L'angle iG est supposé déterminé, comme l'angle 6 sur la figure 5, par les valeurs sin iC et cos iC. L'angle iM - iC représentant le site d'un point M donné par rapport à la cible étant par ailleurs connu, la valeur sin iM est alors obtenue en calculant iC à partir de sin iC et cos ic, puis iM à partir de iM - iC et iC, et enfin sin iM à partir de iM. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection de prochaine interposition de masque entre un avion (A) et une cible (C), notamment dans un système de tir aux armes guidées par laser, dans lequel l'avion comporte un système de poursuite automatique de la cible fournissant une image du paysage au sol sur laquelle la cible occupe en permanence une position fixe, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter, au cours d'un virage effectué par l'avion, les points M de cette image, repérés par leur site iM-iC par rapport à la cible C, situés dans une zone telle que iM-iC de même altitude que la cible. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette détection s'effectue par: - calcul en tout point M de la zone considérée, de la vitesse angulaire P TM de défilement, par rapport à la cible, attendue pour des points de même altitude que la cible, par la relation QTM = Fsin 6 cos p (sin iM sin iC) o V désigne la vitesse de l'avion, H la hauteur de l'avion par rapport à la cible, 6 l'angle d'azimut entre la direction avion-cible et le vecteur vitesse V de l'avion, 2 la pente de l'avion, ou angle entre le vecteur vitesse V de l'avion et le plan horizontal, iM l'angle de site du point M considéré, et iC l'angle de site de la cible C; - mesure en tout point M de la zone considérée, de la vitesse angulaire de défilement, par rapport à la cible, réellement obte- nue; - comparaison en tout point M de la zone considérée, des deux valeurs ainsi obtenues, une éventuelle différence de signe signifiant une prochaine interposition de masque entre l'avion et la cible au niveau du point M considéré. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les contours des ensembles de points M constituant prochai- nement des masques entre l'avion et la cible sont renforcés sur l'image. 4. Procédé selon l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce que les délais de prochaine interposition des masques entre l'avion et la cible sont calculés et affichés sur l'image. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens de calcul en tout point M de la zone considérée, de la vitesse angulaire de défilement, par rapport à la cible, attendue pour des points de même altitude que la cible; - des moyens de mesure en tout point M de la zone considérée, de la vitesse angulaire de défilement, par rapport à la cible, réellement obtenue; - des moyens de comparaison, pour tout point M de la zone considérée, des deux valeurs ainsi obtenues, une éventuelle diffé- rence de signe signifiant une prochaine interposition de masque entre avion et cible au niveau du point M considéré. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de mesure consistent en un correlateur d'images (8).