Brevet FR2646504A1 — publié le 19901102

PROCESSEUR D'IMPACT POUR MUNITION La présente invention se rapporte à un processeur d'impact pour munition permettant, à partir des informations fournies par un capteur de décélération de la munition, de déterminer l'instant de mise 9 feu de ladite munition au moment de l'impact et de la pénétration dans la cible. Pour améliorer l'efficacité de certaines munitions, il est nécessaire d'effectuer des traitements, des calculs et des prises de décision lors de l'impact et/ou de la pénétration de la munition dans la cible. I1 peut être par exemple nécessaire d'analyser et de traiter des informations de capteurs montés sur la munition (notamment capteurs décélérométriques), de calculer à partir de ces informations la profondeur optimum de mise à feu de la charge militaire en fonction de la nature de la cible, éventuellement de déterminer en temps réel lors de la pénétration la nature de la cible ou de prendre la décision de l'instant de mise à feu de la charge militaire. On peut également mentionner dans certains cas le besoin, d'un dialogue entre la munition et le porteur, ce qui peut permettre d'affranchir la munition d'une préprogrammation de la mission au sol et de réaliser un paramètrage dynamique. Comme on peut le constater, l1impératif essentiel pour un processeur d'impact est qu'il doit opérer en temps réel pour la quasi-totalité des fonctions évoquées ci-dessus. Or la durée de pénétration dans la cible est de l'ordre de quelques millisecondes, ce qui impose des cycles de calcul associés aux traitement itératifs courts et une puissance de calcul très importante. Une unité centrale de type classique conduirait donc a des contraintes de dimension et d'énergie incompatibles avec les conditions rencontrées dans les munitions à équiper. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en prévoyant une architecture d'unité de traitement capable de répondre à ces impératifs par la diminution du nombre de cycles à exécuter pour le déroulement du processus de traitement. L'objet de l'invention est donc un processeur d'impact n'utilisant que quelques instructions simples gracie à une organisation basée sur la manipulation de tableaux et combinant l'utilisation d'une unité de traitement numérique et d'une cellule hybride. Selon l'invention, il est donc prévu un processeur d'impact pour munition permettant, à partir des informations fournies par un capteur de décélération de la munition, de déterminer l'instant de mise à feu de ladite munition au moment de l'impact et de la pénétration dans la cible, caractérisé en ce qu'il comprend - une cellule du type circuit hybride pour traiter en analogique lesdites informations de décélération et fournir, en plus de ces informations, les informations correspondantes de vitesse instantanée et de position de la munition - un bloc d'acquisition de donnees effectuant la conversion analogique-numérique desdites informations de décélération, de vitesse et de position ; et - une unité de traitement numérique recevant les données dudit bloc et comportant des tableaux à plusieurs entrées et une unité de calcul gérant lesdits tableaux à partir des dites données pour en extraire ledit instant de mise à feu. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints ou - les figures 1-A à l-C illustrent des types de cratère obtenus dans le cas d'un exemple de munition anti-piste - la figure 2 représente l'organigramme du traitement à assurer par un processeur d'impact pour une telle munition ; et - la figure 3 est un schéma par blocs d'un processeur d'impact selon l'invention. Dans la suite de la description et sans que cela soit en rien limitatif de l'invention on va décrire plus particulièrement le cas d'un processeur d'impact appliqué à une munition anti-piste. Une piste d'atterrissage pour avion est constituée d'une dalle de béton reposant sur un sol compact. Il est connu que les dégâts causés à une telle piste par une bombe anti-piste dépendent de la profondeur de pénétration dans le sol à laquelle la mise à feu est effectuée et qu on peut déterminer une profondeur optimale en fonction de paramètres tels que la masse à l'impact, la vitesse d'impact, l'angle d'incidence et la décélération de la munition dans la cible. Les figures 1-A à 1-C illustrent divers types caractéristiques de cratère que l'on peut obtenir en fonction d'une profondeur de mise à feu croissante et qu'on désigne généralement par les termes de fourneau surchargé pour la figure 1-A, fourneau sous-chargé pour la figure 1-B et camouflet pour la figure l-C. La pénétration d'un projectile dans le sol a fait l'objet d'un certain nombre d'études. Par exemple, on peut citer le rapport "Projectile penetration in soil and rock analysis for non normal impact" Technical report SL. 79.15 (Décembre 1979) par Robert S. Bernard et Daniel C. Creighton, Structures Laboratory, US. Army Engineers Waterways Experiments Station. Ce rapport fournit une relation permettant de déterminer une grandeur Y caractéristique de la nature du sol par analyse en temps réel des informations de décélération et de vitesse instantanée V du projectile pénétrant où p est la masse spécifique du matériau, Y est la contrainte de rupture du matériau, m est la masse à l'impact de la munition, S sa section et n un coefficient caractéristique de la munition. Il est clair qu'à partir de la valeur de cette grandeur Y, des paramètres de la munition et des informations de décélération, vitesse et position à chaque instant, il est possible de définir un algorithme de calcul itératif permettant de déterminer la profondeur de pénétration de la munition à chaque instant et de la comparer à une valeur optimum en fonction du type de cratère recherché. Cette valeur optimum est donnée par la relation suivante pour : ~ 1 Dans cette relation (2), r est le rayon du cratère, h la profondeur de pénétration de la munition, c' la masse d'explosif (corrigée par un coefficient tenant compte de l'effet de déconfinement) et g la grandeur caractéristique de la nature du sol, dérivée de la grandeur Y de la relation (1) par changement d'unité.Cela étant, la figure 2 donne l'organigramme d'un algorithme type, dérivé des relations (I) et (2) et permettant la mise en oeuvre par un processeur d'impact du calcul de Ia profondeur optimale h de mise à feu d'une op munition. L'étape 100 représente la mesure de la décélération y de la munition fournie à chaque instant par ùn capteur décéléromêtrique. A partir de ces valeurs et d'une valeur de vitesse initiale Vg fournie par un capteur (bloc 101), on calcule par intégration la vitesse instantanée V. de la munition (bloc 102), i étant un indice representant Ie rang de l'itération en cours. Puis par une nouvelle integration (103), on extrait la position X. de Ia munition. Par multiplication par cos e où e est l'angle d'incidence de la munition connu par ailleurs (bloc 104), on aboutit à la profondeur instantanée de pénétration h.. D'autre part, la valeur de décélération donnée par le capteur est corrigée dans le bloc 105 par une constante a voisine de 1 qui est un coefficient d'erreur dans la relation (1). Cette relation (1) est mise en oeuvre dans l'étape 106 à partir des valeurs de &gamma;i et V. et des paramètres p, m, S et n. On obtient alors les valeurs Y. puis (bloc 107) les valeurs gi par division par une constante ss de changement d'unité. Des valeurs gi, on déduit une valeur moyenne instantanée g'1 (bloc 108), ni étant le nombre de valeurs obtenues pour l'itération de rang i. De là, par application de la relation (2), on extrait la valeur optimale instantanée hopi de la profondeur de mise à feu (bloc 109).Cette valeur est comparée à la valeur instantanée de la profondeur atteinte par la munition, hi, par le test 110. Si h. i opi la vitesse V. est supérieure à un seuil e (test 111), on procède à une nouvelle itération. Si h. n'est pas inférieure hopi (la profondeur optimum est atteinte) ou si Vi est inférieure à e (pénétration qussiment stoppée), la séquence de mise à feu est déclenchée (bloc 112). Comme on peut le constater d'après cette description d'un algorithme type, le processeur d'impact qui doit mettre en oeuvre ce processus de calcul en un temps très court, avec donc un cycle de calcul très court pour conserver la précision et l'efficacité nécessaires, doit ainsi être doté d'une puissance de calcul très importante. En effet, il y a un nombre relativement important d'opérations, dont certaines complexes, à réaliser à chaque cycle comme le montre le tableau ci-après. Opérations Paramètres X F r , 3 / V 1 1 X 1 h 1 Yi 2 3 1 1 gi 1 g. 1 1 hopi 1 1 Total 4 4 4 2 1 1 Le choix d'une unité centrale de type classique pour réaliser ces calculs amènerait à des contraintes de dimension et d'énergie incompatibles avec l'utilisation pour un processeur d'impact dans une munition. Selon l'invention, on a donc résolu ce problème de manière générale en définissant une structure parallèle qui associe une cellule de calcul échantillonné hybride, un bloc d'acquisition numérique et une unité de traitement numérique d'un type particulier. La figure 3 représente le schema d'un processeur d'impact selon l'invention incorporant ces caractéristiques. La munition portant le processeur comporte un décéléromètre 1 qui fournit ses informations à une cellule hybride 2 traitant ces informations en analogique. La décélération Y après amplification par un amplificateur 20 est envoyée à un premier intégrateur 21 fournissant, après addition en 22 de la valeur de vitesse initiale V0, la valeur de la vitesse instantanée V de la munition. Cette valeur V est envoyée à un second intégrateur 23 qui délivre la position instantanée X de la munition. Les grandeurs Y, V et X sont échantillonnées par des dispositifs d'échantillonnage et de maintien 24-27, 25-28 et 26-29 sous le contrôle d'une unité de traitement numérique 4.Les informations échantillonnées sont adressées dans un bloc d'acquisition 3, par l'intermédiaire. d'un multiplexeur analogique 30, d'un amplificateur contrôlé 31 et d'un circuit de transfert 32, à un convertisseur analogique-numérique 33. Le multiplexeur, l'amplificateur 31, le circuit de transfert 32 et le convertisseur sont également contrôlés par l'unité 4. Les informations numérisées sont envoyées en séquence à une unité de calcul 40 de l'unité de traitement numérique 4. Comme les opérations qui restent à effectuer sont encore nombreuses et très complexes, on a déterminé pour l'unité 4 une architecture matérielle et une organisation logicielle qui consistent à ramener les instructions nécessaires à un jeu d'instructions de manipulation de tableaux à une ou plusieurs entrées.Pour cela, l'unité 4 comprend une mémoire 43 contenant un premier tableau à deux entrées de la forme g1 = fl (V1, Yi) Cette mémoire permet, par adressage par les valeurs Vi et i fournies par l'unité de calcul 40, de restituer sur un bus 46 les valeurs gi correspondantes à l'unité de calcul 40 qui calcule alors la valeur g'. et adresse avec cette valeur une deuxième mémoire 44 contenant un second tableau de la forme hopi = 2 (g'i) L'unité de calcul 40 fonctionne sous la conduite de programmes contenus dans une mémoire de programme 42.Un circuit d'entrée-sortie 45 assure la liaison de l'unité de calcul 40 avec les dispositifs de mise à feu de la munition et également avec l'extérieur le cas échéant, dans le cas où des paramètres sont programmés dynamiquement depuis le porteur. Ces échanges se font par une unité de couplage 5 dans laquelle on a représenté ici deux coupleurs 50 et 51. Enfin, on a schématisé dans un bloc 41 tous les contrôles réalisés à partir de l'unité de calcul 40. Le processeur d'impact selon l'invention a plusieurs caractéristiques particulièrement avantageuses. Tout d'abord les opérations de calcul (intégration en particulier) permettant d'extraire les informations sur le mouvement de la munition s'effectuent en analogique dans une cellule hybride 2 qui apporte une grande rapidité de traitement et l'absence de toute erreur de quantification. Par ailleurs, l'organisation retenue selon l'invention pour l'unité de traitement numérique 4 en simplifie l'architecture et autorise le choix d'une unité de calcul non orientée vers le calcul mais capable de manipuler rapidement des tableaux de données. On a ainsi des inst:'uctions simples et ne nécessitant que peu de cycles machine pour leur exécution. Même si la quantification des résultats augmente le "bruit de calcul", ce bruit peut être aisément simulé et on peut donc prendre les précautions nécessaires pour obtenir les précisions souhaitées. Naturellement, un tel processeur d'impact présentant des caractéristiques similaires peut être prévu pour autre munition que les bombes anti-pistes. Bien entendu donc, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. REVENDICATIONS 1 Processeur d'impact pour munition permettant, à partir des informations fournies par un capteur de décélération (1) de la munition, de déterminer l'instant de mise à feu de ladite munition au moment de l'impact et de la pénétration dans la cible, caractérisé en ce qu'il comprend - une cellule (2) du type circuit hybride pour traiter en analogique lesdites informations de décélération et fournir, en plus de ces information s (y(t)), les informations correspondantes de vitesse instantanée -(V(t)) et de position (X(t)) de la munition - un bloc d'acquisition de données (3) effectusnt la conversion analogique-numérique desdites informations de décélération, de vitesse et de position ; et - une unité de traitement numérique (4) recevant les données dudit bloc et comportant des tableaux à plusieurs entres (43, 44) et une unité de calcul (40) gérant lesdits tableaux à partir desdites données pour en extraire ledit instant de mise à feu. 2. Processeur d'impact selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cellule (2) comprend des moyens de transfert (20) de l'information de décélération, un premier et un second dispositifs (21, 23) d'intégration en série pour obtenir lesdites informations de vitesse instantanée et de position de la munition et des moyens d'échantillonnage (24 à 29) pour fournir audit bloc d'acquisition (3) les échantillons simultanés desdites informations de décélération, de vitesse et de position de la munition, lesdits moyens d'échantillonnage étant contrôlés par ladite unité de calcul (40). 3. Processeur d'impact selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit bloc d'acquisition (3) comprend - un multiplexeur analogique (30) pour multiplexer lesdites informations échantillonnées de décélération, vitesse et position fournies par ladite cellule (2), sous le contrôle de ladite unité de calcul (40) - un convertisseur analogique-numerique (33) - des moyens de transfert et de maintien (31, 32) connectés entre ledit multiplexeur et ledit convertisseur qui sont contrôlés par ladite unité de calcul (40). 4. Processeur d'impact selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite unité de traitement numérique (4) comprend - un ensemble de mémoires (43, 44) pour stocker desdits tableaux à plusieurs entrées et pour fournir des valeurs de ces tableaux sous la commande de signaux d'adresse - une unité de calcul (40) recevant lesdites données du bloc d'acquisition et fournissant les signaux d'sdresse audit ensemble de mémoires; - une mémoire de programme (42) pour fournir des instructions à ladite unité de calcul (40) - un système de bus (46) reliant ladite unité de calcul (40) audit ensemble de mémoires (43, 44) et à ladite mémoire de programme (42) ; et - des circuits d'entrée-sortie (45) pour relier ladite unité de calcul aux dispositifs de mise à feu et/ou de liaison avec l'extérieur de ladite munition. 5. Processeur d'impact selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, destiné à une munition du type anti-piste pour laquelle la profondeur optimum hop de déclenchement de la -mise à feu est obtenue par un algorithme de traitement permettant le calcul de cette profondeur en passsnt par le calcul intermédiaire en temps réel d'une valeur caractéristique de la nature du sol g à partir de la mesure de la décélération Y et de la vitesse V de la munition calculée, ledit processeur étant caractérisé en ce que lesdits tableaux à plusieurs entrées consistent en - un premier tableau (43) fournissant les valeurs gi caracté- ristiques de la nature du sol par adressage par les entrées Vî et y i de la vitesse et de la décélératlàn, i étant le rang de l'itération dans le traitement et les valeurs V. et y d'adressage étant fournies par l'unité de calcul (40) ; et - un second tableau (44) fournissant directement la valeur de la profondeur optimum hop de la munition pour la mise à feu, par adressage par les valeurs moyennes g'i de la valeur caractéristique de la nature du sol calculées par l'unité de calcul (40) à partir des valeurs gi lues dans le premier tableau.