Brevet FR2636733A1 — publié le 19900323

SYSTEMES DE NAVIGATION OPTIQUES STABILISES ET INTEGRES. La présente invention concerne en général des systèmes de navigation optiques stabilisés et intégrés. Les plateformes à cardan sont bien connues dans l'art de la navigation. Elles sont également utilisées dans des systèmes stabilisés, tels que des systèmes de ligne de visée, de préparation de tir mobiles et de surveillance. L'utilisation de plateformes à cardan dans les deux systèmes séparés est illustrée, entre autres,. dans les systèmes suivants: SLOS (Système de ligne de visée stabilisé) disponible auprès du Département TAMAM des Industries Aéronautiques Israéliennes et décrit dans le catalogue suivant: TM-181; DSP (Charge Utile pour Surveillance de Jour) disponible auprès du Département TAMAM des Industries Aéronautiques Israéliennes et décrit dans le catalogue suivant: TM-510, Février 1986. La présente invention vise à fournir un système de navigation optique stabilisé et intégré employant une plateforme à cardan commune et des capteurs associés, ce qui le rend, de manière significative, plus petit, plus léger et moins onéreux à fabriquer et à utiliser en comparaison avec les systèmes optiques conventionnels séparés pour la navigation et stabilisés. La présente invention fournit donc, selon un mode de réalisation préféré, ' un système de navigation optique stabilisé et intégré comprenant une plateforme à cardan, des capteurs d'acccélération et de vitesse associés à la plateforme à cardan, un dispositif de positionnement de la plateforme répondant aux signaux de sortie émis par les capteurs d'accélération et de vitesse pour maintenir une orientation souhaitée de la plateforme à cardan et un ordinateur de navigation répondant aux signaux de sortie des capteurs d'accélération et de vitesse pour fournir une indication de position. En outre, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, les capteurs d'accélération et de vitesse ont la forme d'un dispositif de mesure par inertie "strapdown". Selon un des modes de réalisation préférés de l'invention, la plateforme à cardan définit un miroir dans un système de ligne de visée stabilisé. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la plateforme à cardan définit un support pour un dispositif fournissant des images, tel qu'un FLIR ou une caméra de télévision. La présente invention et sa portée apparaîtront plus clairement à partir de la description détaillée ci-dessous, en se référant aux dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un système de navigation optique stabilisé et intégré monté et fonctionnant selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, cette configuration particulière représentant une partie d'un système de préparation de tir d'un engin blindé; - la figure 2 est un dessin illustrant une partie d'un système de navigation optique stabilisé et intégré comprenant un dispositif de ligne de visée optique stabilisé et un système de navigation monté et fonctionnant selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, cette configuration particulière étant une partie d'un système de préparation de tir d'un engin blindé; - la figure 3 est une représentation schématique d'une partie d'un système de navigation optique stabilisé et intégré comprenant une plateforme de caméra stabilisée et un système de navigation monté et fonctionnant selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention; et - la figure 4 est un schéma fonctionnel du système de plateforme de caméra stabilisé pour la navigation objet de la figure 3. On se réfère maintenant aux figures 1 et 2, qui illustrent un système de navigation optique stabilisé et intégré monté et fonctionnant selon un mode de réalisation préféré de la présente invention et configuré particulièrement pour la préparation de tir dans des engins blindés. Le dispositif mécanique est illustré principalement dans la figure 2 et comprend un cardan azimutal 10 monté sur une plateforme, par exemple une tourelle de char (non illustrée), grâce à un arbre de montage 12, qui définit l'axe nominal des z. L'orientation angulaire du cardan 10 autour de l'arbre 12 est déterminée par un moteur-couple 14, tel que la pièce n 2375-038 disponible auprès du Département Magnétic Technology de Vernitron Corporation, Canoga Park, Californie, U.S.A, et un signal de sortie de 30.l'orientation angulaire est fourni par un Synchro 16, tel que la pièce n VSP20-6 disponible auprès du Département Vernitron Control Components de Vernitron Corporation, San Diego, Californie, U.S.A. 35.Le cardan azimutal 10 définit une traverse 18 et une paire de bras parallèles 20 et 22. Une paire d'arbres à cardans 23 et 25 sont montés sur les deux arbres selon des axes parallèles, nommément les axes des x 24 et 26. Les arbres 23 et 25 sont reliés entre eux par une transmission à courroie 28 ayant un taux de transmission souhaité, ici 2:1 tel qu'illustré. Un miroir 30, monté sur l'arbre à cardans 23 de manière à pouvoir être orienté en rotation comme souhaité le long de l'axe 24, fournit une ligne de visée stabilisée à un système optique souhaité (non illustré) qui lui est associé lors du fonctionnement, ce système optique étant relié rigidement à l'arbre 12. Un moteur-couple 32 détermine l'orientation du miroir selon l'axe 24, tandis qu'un synchro fournit une indication de sortie de cette orientation angulaire. Un bloc capteur 40 est monté sur un arbre à cardan 25 et comprend typiquement un gyromètre 42 des x, tel que la pièce n 2417 disponible auprès du Département TAMAM des Industries Aéronautiques Israéliennes, des accéléromètres de tangage et de lacet 44 et 46, un gyroscope supplémentaire à deux degrés de liberté 48, tel qu'un gyroscope Minitune TAMAM disponible auprès du Département TAMAM des Industries Aéronautiques Israéliennes de Lod, Israel, sous la référence de pièce n 574. -. En se référant en outre à la figure 1, on voit que l'ordinateur de navigation 10, tel qu'un ordinateur basé sur un microprocesseur Intel 80386, qui n'est pas illustré dans la figure 2, reçoit les impulsions suivantes: - une indication de la vitesse angulaire inertielle autour de l'axe des x du bloc capteur provenant du gyromètre des x 42; - une indication de l'angle de cardan d'élévation du miroir provenant du synchro 34; - une indication de l'angle de cardan d'azimut du miroir provenant du synchro 16, représentant l'angle entre le cardan d'azimut et la tourelle; - une représentation de l'angle Véhicule-Tourelle provenant d'un capteur non illustré; - une indication de la distance parcourue par l'engin blindé provenant d'une unité de transmission de distance (non illustrée) telle qu'un DTU. (Unité de Transmission de Distance) disponible auprès du Département TAMAM des Industries Aéronautiques Israéliennes; et - une indication de la pression d'air statique et éventuellement également de la température provenant d'instruments (non illustrés). L'ordinateur de navigation communique par un canal de communications 8, tel qu'un RS-422 ou un MUX BUS 1553B pour l'interaction avec les commandes de l'opérateur et d'autres systèmes et affichages. L'ordinateur de navigation effectue des calculs strapdown en fournissant des données x et y de moteur-couple aux moteurs-couples 14 et 32 via le gyroscope 48 et les circuits conventionnels et 52 d'amplification électronique de sortie du gyroscope. Les accéléromètres 44 et 46 réagissent aux mouvements produits par la manoeuvre des moteurs-couples 14 et 32 pour fournira des indications de position et de couple à l'ordinateur de navigation via les circuits d'amplification électroniques conventionnels 54 et 56 et des données analogiques de précision à des convertisseurs numériques 58 et 60 respectivement. Une caractéristique particulière de la présente invention est que les mêmes moteurs- couples et capteurs d'accélération et de position sont utilisés à la fois pour fournir une plateforme optique stabilisée et une navigation inertielle. On va maintenant décrire brièvement le fonctionnement du dispositif des figures 1 et 2 pour la navigation: Les calculs strapdown conventionnels sont effectués comme exposé dans le document de référence: STRAPDOWN INERTIAL NAVIGATION SYSTEMS, AN ALGORITHM FOR ATTITUDE AND NAVIGATION COMPUTATIONS par R.B. Miller, Aeronautical Research Labs., Australie. Les informations pour effectuer les calculs strapdown proviennent du gyroscope 42, des synchros 16 et 34, des accéléromètres 44 et 46 et du gyroscope supplémentaire 48. Les calculs strapdown sont utilisés à la fois pour fournir une indication d'orientation par un canal de communication 8 et pour actionner les moteurs-couples 14 et 32 pour un positionnement correct du miroir 30. La position est calculée en intégrant les données du compteur kilométrique projetées sur les axes Nord et Est en utilisant l'angle d'azimut calculé. On se réfère maintenant aux figures 3 et 4, qui illustrent un système de navigation optique stabilisé et intégré comprenant une plateforme de caméra stabilisée selon un mode de réalisation préféré de la présente invention. La figure 3 montre schématiquement une plateforme stabilisée comprenant un support extérieur 70 monté sur un moteur-couple 72 pour se déplacer en rotation autour de l'axe des z. Un support intermédiaire 74 est monté en rotation sur le support 70 et est réglé pour se déplacer sélectivement en rotation autour d'un axe des x à l'aide d'un moteurcouple 76. Un support de plateforme stabilisé 78 est monté en rotation sur le support 74 et réglé pour se déplacer sélectivement en rotation autour d'un axe des y A l'aide d'un moteur-couple 80. Une caméra 82 et un zoom ou toute autre charge utile convenable sont montés sur la plateforme 78. ,Les accéléromètres 84, 86 et 88 sont montés le long des axes des x, des y et des z respectivement, afin de mesurer le déplacement angulaire autour de ces axes. En se référant maintenant A la figure 4, on voit un schéma de montage du système de navigation optique stabilisé et intégré comprenant une plateforme de caméra stabilisée. Un tableau de contrôle de charge utile 100 fournit des signaux de commande d'iris, de commande d'obturateurs et de commande de zoom A la caméra 82 (figure 3). Le tableau de contrôle 100 fournit également un signal de commande de vitesse de tangage via un comparateur 102 et un contrôle électrique de boucle stabilisée 104 au moteur-couple 80. Le gyroscope à deux degrés de liberté 92 fournit un signal de contre-réaction au comparateur 102. Un convertisseur de signaux de tangage 93 fournit un signal d'indication de tangage. Le tableau de. contrôle 100 fournit également un signal de commande de vitesse de roulis via un comparateur 106 et un contrôle électrique de boucle stabilisée 108 au moteur- couple 76. Le gyroscope A deux degrés de liberté fournit un signal de contre-réaction A un comparateur 106. Un convertisseur de signaux de roulis 95 fournit un signal d'indication de roulis. Le tableau de contrôle 100 fournit également un signal de contrôle de vitesse de lacet via un comparateur 110 et un contrôle électrique A boucle stabilisée 112 au moteur- couple 72. Le gyroscope à deux degrés de liberté 94 fournit un signal de contre-réaction au comparateur 110. Un convertisseur de signaux de lacet 97 fournit un signal d'indication de lacet. Un tableau de circuit analogique 120 comprend des comparateurs 102, 106 et 110, ainsi que des boucles stabilisées 104, 108 et 112. Un résolveur de coordonnées 99 est couplé au moteur-couple 72 et fournit un signal de cordonnées résolues au tableau de contrôle de charge utile. Des boucles stabilisées 104, 108 et 112 comprennent typiquement un réseau de compensation qui fournit des signaux à un amplificateur de puissance. Une console d'ordinateur de navigation 130 comprend typiquement un Intel ISBC 386/21 reçoit les signaux de sortie de gyroscopes à deux degrés de liberté 90, 92 et 94 et d'accéléromètres 84, 86 et 88. La console d'ordinateur de navigation 130 reçoit également trois informations de commande de mode et d'angle de cardan provenant de la console de commande de charge utile via une interface série 132. Il est clair pour les praticiens de l'art que la présente invention n'est pas limitée par les illustrations et descriptions ci-dessus. La portée de cette invention est plutôt définie uniquement par les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Système de navigation optique stabilisé et intégré comprenant: - une plateforme à cardan (10); - des capteurs (40) d'accélération et de vitesse associés à la plateforme à cardan (10); - des moyens de positionnement de la plateforme réagissant aux signaux de sortie des capteurs (40) d'accélération et de vitesse pour maintenir une orientation souhaitée de la plateforme à cardan (10); et - un ordinateur de navigation réagissant aux signaux de sortie des capteurs (40) d'accélération et de vitesse pour fournir un signal de sortie indiquant la position. 2. Système de navigation optique stabilisé et intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits capteurs (40) d'accélération et de vitesse sont inclus dans une unité de mesure par inertie strapdown. 3. Système de navigation optique stabilisé et intégré selon les revendications 1 ou 2 et caractérisé en ce que ladite plateforme à cardan (10) comprend un support pour des moyens d'imagerie (82). 4. Système de navigation optique stabilisé et intégré selon les revendications 1 ou 2 et caratérisé en, ce que ladite plateforme comprend un support pour une camera (82).