Brevet FR2623897A1 — publié le 19890602

PERFECTIONNEMENT A UN DISPOSITIF DE NEUTRALISATION D'OBJECTIFS MILI- TAIRES. L'invention concerne un perfectionnement apporté à un dis- positif de neutralisation d'objectifs militaires, ledit dispositif consistant à lancer au-dessus desdits objectifs une roquette mère et à lui faire larguer un ensemble de sous-munitions vers des cibles élÉmentaires mobiles au sol et réparties en grand nombre sur une aire étendue, chacune desdites sous-munitions porteuse d'une charge mili- taire et suspendue à un aéronef dans une position telle que son axe de tir forme un angle constant avec la verticale étant munie: - de moyens assurant son mouvement de rotation sensiblement uniforme i0 autour de l'axe vertical passant par son point de suspension à l'aéronef, de sorte que ledit aéronef ayant un mouvement de descen- te verticale sensiblement uniforme, l'axe de tir effectue un ba- layage du sol en spirale afin de rechercher une cible; - d'un moyen de détection de ladite cible constitué par un capteur à champ de vue étroit, comportant un ou plusieurs détecteurs et un système optique orientant et concentrant sur les détecteurs le rayonnement de la cible détectée; - de moyens de guidage dans le plan horizontal vers la cible détec- tée; le tir tendu étant déclenché lorsqu'une détection de la cible s'ef- fectue à altitude inférieure à une limite imposée par la portée de la charge militaire. La recherche d'objectifs militaires importants situés au- delà de la distance de visibilité (c'est-à-dire à 30 ou 40 kilomètres du point d'observation par exemple) est l'une des missions dévolues aux systèmes d'armes à guidage terminal. Il convient de noter que ces objectifs militaires impor- tants tels que groupe d'au moins une douzaine de chars, base de dé- fense antiaérienne, poste de commandement, etc... se caractérisent 0par des cibles élémentaires de signature connue (char, batterie, ca- par des cibles élémentaires de signature connue (char, batterie, ca- 2c623897 mion etc...) réparties en grand nombre sur des aires de plusieurs hec- tares selon des règles de déploiement bien définies. Des dispositifs fonctionnant selon le mode d'analyse dé- crit dans le préambule ont été conçus dans plusieurs pays occidentaux (voir le brevet français n 2 478 297). Ils seront désignés dans la suite par le sigle TACED (Tête Anti-Char à Effet Dirigé). Si le mode d'analyse par balayage en spirale caractérisant le TACED est suffisant pour effectuer un tir tendu au passsage sur une cible, il est par contre mal adapté à la fonction "détection" néces- saire pour réaliser le guidage. On peut en effet mentionner au moins trois lacunes inhérentes à ce mode d'analyse: a) Il est pratiquement impossible de prendre en compte toutes les in- formations disponibles pour détecter l'objectif (nombre de cibles, déploiement) puisque si l'on poursuivait le processus de détection après la découverte de la pramière cible, les cibles suivantes appa- raîtraient une à une et que le calcul de leurs positions relatives serait inextricable. b) En corollaire, on ne dispose d'aucun critère pour choisir la cible sur laquelle on effectuera le guidage. Cette cible sera donc en gé- néral la première détectée. Cependant, dans des conditions défavora- bles, il est possible que la sous-munition guidée n'ait pas le temps de rattraper la cible mobile choisie, alors qu'elle aurait pu pour- suivre avec succès une autre cible se déplaçant à la même vitesse. c) La poursuite d'une cible nécessite une référence absolue. En l'ab- sence de référence absolue, la localisation de la cible est effec- tuée dans un référentiel mobile lié à l'aéronef. La cible n'étant détectable que lorsque la sous-munition est sur un cône particulier, les mesures de localisation ne sont pas périodiques et il peut s'écouler un temps important entre deux localisations successives. Pendant ce temps le référentiel mobile peut tourner de façon incon- trôlable. Le mouvement de guidage peut alors être affecté d'erreurs considérables et à la limite se boucler, ramenant périodiquement la sous-munition à son point de départ. Dans ces conditions la poursui- te est impossible. Un moyen d'échapper à ce défaut consisterait à localiser la cible par rapport à une référence absolue ce qui intro- duirait évidemment des moyens complexes. Le but de l'invention est d'apporter au dispositif décrit dans le préambule un perfectionnement qui, tout en conservant la sim- plicité du mode de balayage en spirale dans la phase finale de tir, permet d'utiliser dans les phases intermédiaires de détection et de guidage un mode de balayage différent et mieux adapté. Dans le système TACED, l'axe optique du capteur est pratiquement confondu avec l'axe de tir de la sous-munition. Le per- fectionnement selon l'invention fait varier la direction de cet axe optique par rapport à l'axe de tir dans le plan de symétrie vertical du dispositif. On obtient ainsi l'image complète de la-couverture cir- culaire au sol ce qui permet de disposer, avec une cadence de renou- vellement qui peut être rapide, de l'ensemble des informations con- cernant l'objectif pour effectuer les fonctions "détection du but" et "guidage vers ce but". Ainsi, le dispositif selon la présente invention est re- marquable en ce que ledit système optique est muni d'un déviateur à faible inertie interposé sur son trajet optique et animé pendant les phases de détection et de guidage d'un mouvement oscillatoire périodi- que de façon à commander la direction de l'axe optique entre deux po- sitions limites, le mouvement dudit déviateur superposé au- mouvement de rotation de la sous-munition autour de son axe vertical permettant d'explorer au sol une couverture circulaire à chaque période d'oscil- lation et ledit déviateur étant maintenu dans une position fixe telle que l'axe optique du capteur est sensiblement parallèle à l'axe de tir pendant la dernière phase de fonctionnement du dispositif correspon- dant au tir tendu sur la cible détectée. Le déviateur peut être réalisé de façon simple au moyen d'un miroir de renvoi orientable dont le mouvement oscillatoire est obtenu de préférence par un couplage mécanique sur le mouvement de ro- tation de la sous-munition. La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente la vue simplifiée en perspective d'une sous-munition déclenchée utilisée dans le système TACED. La figure 2 en illustre schématiquement le mode de balaya- ge au sol. La figure 3 montre le moyen de commander la direction du guidage horizontal de la sous-munition. La figure 4 montre deux possibilités de scénario pour le guidage de la sous-muniton vers une cible détectée. La figure 5 illustre la poursuite de deux cibles mobiles (dans la situation la plus critique). La figure 6 illustre le cas extrême conduisant au bouclage du mouvement de guidage. La figure 7 représente une vue en coupe suivant son plan de symétrie vertical de la sous-munition perfectionnée conformément à 1 'invention. La figure 8 montre les limites de la couverture au sol ré- sultant du balayage optique selon l'invention. La figure 9 donne l'allure de la variation périodique en fonction du temps de l'angle formé par le miroir plan orientable et l'axe de tir. La figure 1 représente une vue simplifiée en perspective de la sousmunition 1 utilisée dans le système TACED. Cette sous-munition constituée principalement par une charge militaire 2 et par un capteur 3 à champ étroit est suspendue à un aéronef, tel que par exemple un parachute 4 dans une position telle que l'axe de tir 5 de la sous-mu- nition forme un angle constant a avec la verticale. Différents types de capteurs sont envisageables: capteur infra-rouge, radar, radiomè- tres etc... ou toute combinaison de ces moyens de détection. On suppo- sera dans la suite que la détection est réalisée par un capteur infra- rouge comportant un objectif 6 de focale f et un alignement de N dé- tecteurs 7 dans le plan vertical, chacun d'eux ayant la forme d'un carré de côté a de sorte que le pouvoir séparateur d'un détecteur est c = a/f. L'axe optique 8 du capteur est mécaniquement harmonisé avec l'axe de tir 5 de la sous-munition (les deux axes sont pratique- ment alignés l'un sur l'autre à un léger décalage près). Des ailerons 9 portés par la sous-munition assurent son mouvement de rotation à la vitesse angulaire n autour de l'axe vertical 10 passant par son point de suspension au parachute. Cette rotation résulte de la pression 2'623897 aérodynamique sur les ailerons. Dans les conditions théoriques, c'est-à-dire lorsque la chute du parachute et la rotation d'axe vertical de la sous-mu- nition sont uniformes, la trace au sol de l'axe de tir décrit une spirale. Ce mode de balayage en spirale caractérisant le TACED est représenté schématiquement sur la figure 2. Si l'on n'utilise qu'un seul détecteur dans le plan focal, le champ de vue instantané du capteur est un angle solide de côté e. Soit M le centre du champ de vue au sol, c'est-à-dire la trace de l'axe optique et de l'axe de - tir (confondus suivant une même direction Oz). Le point M décrit la spirale s à vitesse constante en se rapprochant du point H projec- tion orthogonale sur le plan du sol (S) du centre O du capteur. Lorsque dans ce balayage en spirale, le champ de vue passe sur une cible C, le capteur détecte une variation du rayonnement incident et le signal résultant de cette variation permet de déclencher à cet instant un tir tendu sur la cible. Puisqu'en pratique on utilise non pas un seul détec- teur mais un alignement de N détecteurs dans le plan vertical (V), le champ de vue instantané aura une longueur N c dans ce plan verti- cal. La présence de ces N détecteurs a une double utilité: a) garantir que tous les points du sol sons analysés au moins une fois en dépit des mouvements perturbateurs qui peuvent affecter le balayage dans les conditions réelles; b) fournir une image de la cible à plus haute définition ce qui permet une meilleure identification et le choix d'un point d'im- pact précis. En résumé, le système TACED utilise avantageusement le fait que pour effectuer un tir tendu sur un but, il est en prin- cipe suffisant d'observer les points au sol une fois et une seule à l'intérieur de la couverture. Les charges militaires envisagées pour le TACED ont des portées OM = r limitées à une centaine de mètres sur des blin- dés. L'angle a étant de l'ordre de 30e, le rayon létal HM de la sous-munition est au maximum d'une cinquantaine de mètres (figu- re 2). Ainsi limité, le concept du TACED perd une grande partie de son intért: par exemple, un groupe de 6 sous-munitions larguées au hasard sur un objectif s'étendant sur une vingtaine d'hectares n'a qu'une très faible efficacité. Un moyen de remédier à cette faiblesse consiste à utiliser un capteur à grande portée capable de détecter une cible dans un rayon létal de plusieurs centaines de mètres et à équiper la sous-munition de moyens de guidage dans le plan horizontal vers la cible détectée. On peut par exemple constituer une sous-munition guidée à l'aide d'un parachute de type existant qui présente une finesse de l'ordre de 3. La figure 3 montre le moyen de commander la direction du guidage horizontal dans le repère mobile lié au para- chute. Le parachute guidable 4 est relié par des suspentes 11 à un plateau horizontal 12 auquel la sous-munition 1 est suspendue en O' par l'intermédiaire d'un roulement 13 d'axe vertical 10. La sous- munition peut ainsi tourner par rapport au plateau 12 autour de l'axe vertical 10 de direction O'Z. En agissant plus ou moins sur les suspentes liées respectivement aux axes orthogonaux de direc- tions O'X et O'Y, on peut orienter le vecteur vitesse V formant un angle e quelconque avec l'axe O'X dans le plan horizontal, c'est-à- dire commander la direction du guidage horizontal dans le repère mobile O'XY lié au parachute. Deux scénarios de guidage parmi une multitude d'au- tres sont indiqués sur la figure 4. Si l'on suppose par simplifica- tion que tous les mouvements de guidage sont contenus dans un même plan vertical, les détections d'une cible ne sont possibles que si les positions successives 01 02..* de la sous-munition se trou- vent situées à l'intersection de ce plan avec le cône de révolution d'axe vertical ayant la cible pour sommet et un angle au sommet égal à 2a. Dans un premier scénario représenté sur la figure 4 a, la sous-munition après une première détection de la cible en 01 à - une altitude h1 de 750 m subit un premier guidage 01 02 sui- vant une descente de pente Ah = 3; la cible est détectée une deu- xième fois en 02' puis la sous-munition subit un guidage 02 03 suivant une descente de pente 1/3 et ainsi de suite jusqu'à la cinquième détection 05 pour laquelle l'altitude de la sous-muni- tion est inférieure à la limite h de 100 m imposée par la portée C de la charge militaire et à partir de laquelle le tir tendu sur la cible est déclenché. Un second scénario combinant des descentes verticales et des descentes de pente 1/3 est représenté sur la figure 4b. Le défaut résultant du mode d'analyse par balayage en spirale et se traduisant par l'impossibilité de choisir la cible que la sous-munition doit poursuivre est mis en évidence par la re- présentation de la figure 5. On considère par exemple deux cibles mobiles au sol C1 et C2 et détectées lorsque la sous-munition en descente verticale se situe à des altitudes respectives de hl= 750 m et h2 = 500 m. Les rayons vecteurs correspondants dans le plan horizontal (P = tga.h) ont pour valeurs: P1 = 433 m et P2 = 289 m. La sous-munition représentée sur la figure par son référentiel mobile O'XY va tenter de poursuivre la cible C1, dé- tectée la première. Soient V0 la vitesse des cibles par rapport au sol, vv la vitesse du vent par rapport au sol, V la vitesse du v guidage horizontal par rapport à l'air; les valeurs respectives de ces vitesses sont 10 m/s, 15 m/s et 30 m/s. Dans ces conditions et si la vitesse de descente est par ailleurs de 10 m/s, la sous-muni- tion ne passera à la verticale de la cible C1 qu'après 86,6 se- condes, valeur supérieure au temps de descente de 65 secondes et la cible C1 ne sera pas atteinte. Par contre, la cible C2 aurait pu être poursuivie avec succès si l'on n'avait, faute d'informa- tion, engagé à tort la poursuite sur C1. Un autre défaut du système TACED lié à l'absence de référence absolue peut conduire au bouclage du mouvement de guida- ge. Ce cas extrême est représenté sur la figure 6. Le référentiel O'XY lié au parachute tourne à vitesse angulaire w constante. La sous-munition décrit un çercle tangent à la vitesse initiale V en O'1 et de diamètre D = Si. S IVl = 30 m/s et si le parachu- te effectue 1 tour en 20 secondes, D = 190 m. On peut remédier à ces divers défauts du système TACED,grâee au perfectionnement apporté par la présente invention et consistant à interposer sur le trajet optique du capteur un dévia- teur à faible inertie qui permet dans le plan de symétrie vertical d'orienter l'axe optique par rapport à l'axe de tir. Une réalisation simple est schnématisée sur la figure 7 tracée dans le plan de symétrie vertical contenant l'alignement des N détecteurs. Dans cette réalisation, l'objectif infra-rouge 6 qui concentre sur les détecteurs 7 situés dans son plan focal le rayon- nement de la cible, est disposé de telle façon que son axe optique 8 est normal à l'axe de tir 5 de la sous-munition 1, celle-ci, tou- jours inclinée d'un angle a par rapport à la vitesse verticale tour- nant à la vitesse angulaire 2 autour de l'axe de symétrie vertical 10 du plateau 12 relié au parachute. Le déviateur selon l'invention est constitué par un miroir de renvoi 14 pouvant tourner autour d'un axe 15 et réflé- chissant en 0" l'axe optique 8 de l'objectif suivant la direction O"z' qui devient le nouvel axe optique 8' du capteur. La rotation du miroir 14 dont le plan forme l'angle a avec l'axe de tir 5 entraîne la variation de cet angle et permet ainsi l'orientation du nouvel axe optique selon deux valeurs limites 81 et e2 de l'angle 8. Pour 81 = 45 , l'axe optique 8' est parallèle à l'axe de tir 5. C'est le cas représenté sur la figure 7. Pour 2 = 45 + Y, l'axe optique 8' est pro- che de la verticale et fait un angle Y avec celle-ci. La figure 8 momtre dans le plan vertical les posi- tions limites correspondantes de l'axe optique dont les traces au sol sont M1 et M2. La trace au sol autour de M1 du champ de r.Nó vue des N détecteurs a pour valeur c-eI avec OM1 = r. Le mouvement d'orientation du miroir superposé à la rotation P de la sousmunition autour d'un axe vertical permet d'explorer au sol une couverture circulaire de rayon HM1. La zone centrale de rayon HM2 qui échappe à l'analyse représente une sur- face négligeable par rapport à la couverture (la valeur minimale acceptable pour HM2 est déterminée par la puissance tolérable de bruit en basse fréquence provenant du détecteur). Le miroir 14 étant animé d'un mouvement oscillatoire périodique tel que l'angle qu'il forme avec l'axe de tir varie en- tre les limites définies ci-dessus, la figure 9 donne l'allure de la variation de cet angle B en fonction du temps t. Soit T la pé- riode de cette variation. Le mouvement du miroir doit être suffisamment lent pour que tous les points de la couverture au sol soient analysés. Cette condition s'écrit en négligeant le temps de retour du mi-- roir: T 2I a - Y T> C.. I'. T> w N.c D'autre part, il est commode de choisir une fréquence de renouvellement des informations T1 suffisamment élevée pour que les mouvements de la sous-muniton (mouvements connus tels que des- cente et déplacement latéral; mouvements inconnus tels que dérives et rotations dues au vent) ne se traduisent pas par un déplacement angulaire appréciable des cibles dans la période T. On peut vérifier qu'une période T de l'ordre de la seconde est un bon compromis dans les conditions numériques suivan- tes: a: de l'ordre de 45 y: de l'ordre de 15 -Q: de l'ordre de 10 tours/s N = 16 détecteurs = 4 mrd vitesse de descente = 10 m/s vitesse latérale = 30 m/s rotation parasite du parachute = 1 tour/20s altitude initiale = 750 m. Durant toute la phase de guidage, le capteur fournit donc toutes les T secondes une image complète de la couverture re- pérée en coordonnées polaires (p,e) dans le référentiel mobile O'XY lié au plateau 12. P: rayon vecteur du point courant déterminé par la position du miroir 14 et le rang du détecteur considéré. e: angle polaire déterminé par la position de la sous-muni- tion par rapport au plateau 12. (Cette image subira généralement dans le récepteur un filtrage spatial, une amplification avec normalisation par CAG et un -623897 seuillage. Un nombre réduit de points significatifs ayant franchi le seuil sera mémorisé). Le mode de balayage cnsidéré ci-dessus permet d'évi- ter les défauts provoqués par le mode de balayage en spirale lors des phases de détection et de guidage. En effet: a) Chaque image contient toutes les informations concernant l'objectif c'est-à-dire les signatures et les positions relatives d'au moins une douzaine de cibles élémentaires. La décision logique "détection de I'objectif" peut donc être prise dans de bonnes conditions même si le rapport si- gnal/bruit sur une cible élémentaire est faible puisqu'il intègre une douzaine de détections élémentaires. b) D'autre part, il est possible en comparant les images suc- cessives obtenues à intervalle T, de déterminer la vitesse radiale d d'un point quelconque. Il est donc possible de n'engager la dt poursuite que sur des cibles qu'on sait pouvoir atteindre dans le temps de descente disponible. On peut d'ailleurs poursuivre non pas une cible, mais les coordonnées moyennes d'un groupe de plusieurs cibles en retardant l'instant du choix de la cible but jusqu'à l'instant o l'on dis- posera du maximum d'informations. c) Enfin il est possible d'effectuer la poursuite d'un point quelconque de la scène directement dans le référentiel mobile (sans utiliser de référence absolue), compte tenu de la valeur élevée de la fréquence de rafraîchissement ' Dans le phase de tir, le guidage vers un point choisi de la scène est supposé réalisé. Autrement dit, la sous-munition a été guidée au-dessus d'une zone circulaire centrée sur la cible choisie et de rayon R = he.tga avec h: altitude maximale de tir fonction de la charge mi- c litaire considérée; avec a: angle de tir prédéterminé. Il n'y a aucune nécessité, dans la phase de tir, exploiter une vision complète de la scène. Il suffit donc de main- tenir le miroir dans une position fixe telle que l'axe de tir et l'axe optique soient parallèles. (En fait, on ménagera un certain L 623897 décalage entre ces deux axes qui permettra de disposer d'un temps de calcul nécessaire pour le pointage précis à l'intérieur du contour de la cible). La sous-munition fonctionne alors selon le concept du TACED à balayage en spirale: déclenchement du tir "au vol" lors du * passage de la cible dans le champ de vue du capteur. t623897 REVENDICATIONS: 1. Dispositif de neutralisation d'objectifs militaires consistant à lancer au-dessus desdità objectifs une roquette mère et à lui faire larguer un ensemble de sous-munitions vers des ci- bles élémentaires mobiles au sol et réparties en grand nombre sur une aire étendue, chacune desdites sous-munitions porteuse d'une charge militaire et suspendue à un aéronef dans une position telle que son axe de tir forme un angle constant avec la verticale étant munie: - de moyens assurant son mouvement de rotation sensiblement unifor- me autour de l'axe vertical passant par son point de suspension à l'aéronef, de sorte que ledit aéronef ayant un mouvement de des- cente verticale sensiblement uniforme, l'axe de tir effectue un balayage du sol en spirale afin de rechercher une cible; - d'un moyen de détection de ladite cible constitué par un capteur à champ de vue étroit, comportant un ou plusieurs détecteurs et un système optique orientant et concentrant sur les détecteurs le rayonnement de la cible détectée; - de moyens de guidage dans le plan horizontal vers la cible détec- tée; le tir tendu étant déclenché lorsqu'une détection de la cible s'ef- fectue à altitude inférieure à une limite imposée par la portée de la charge militaire, caractérisé en ce que ledit système optique du capteur est muni d'un déviateur à faible inertie inteposé sur son trajet optique et animé pendant les phases de détection et de gui- dage d'un mouvement oscillatoire périodique de façon à commander la direction de l'axe optique entre deux positions limites, le mouve- ment dudit déviateur superposé au mouvement de rotation uniforme de la sous-munition autour de son axe vertical permettant d'explorer au sol une couverture circulaire à chaque période d'oscillation et ledit déviateur étant maintenu dans une position fixe telle que l'axe optique du capteur est sensiblement parallèle à l'axe de tir pendant la dernière phase de fonctionnement du dispositif corres- pondant au tir tendu sur la cible détectée. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit déviateur à faible inertie est constitué par un miroir de renvoi orientable dont le mouvement oscillatoire périodique est ob- tenu par un couplage mécanique sur le mouvement de rotation de la sousmunition.