Brevet FR2662814A1 — publié le 19911206

DISPOSITIF DE MESURE DE LA DISTANCE A UNE PISTE POUR UN ENGIN VOLANT La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure de la distance à une piste oour un engin volant. Pour détruire, au moins partiellement une piste d'aviation. on a généralement recours à deux techniques différentes La première consiste à larguer des bombes à partir d'un bombardier, mais pour obtenir une certaine efficacité, il faut larguer un grand nombre de bombes, car il est très difficile au pilote, même expérimenté, de déterminer avec une précision suffisante l'instant de largage approprié La seconde technique consiste à envoyer un missile guidé, mais elle est complexe à mettre en oeuvre et onéreuse. La présente invention a pour objet un dispositif de mesure de la distance à une piste pour un engin volant qui donne une mesure la plus précise possible, et qui soit le moins onéreux possible et très facile à mettre en oeuvre. Le dispositif de mesure conforme à l'invention, qui réalise automatiquement la mesure de la distance à une piste comporte un émetteurrécepteur radar analysant le sol par zones sensiblement rectangulaires dont il fait varier l'orientation et la position. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de mesure de distance comporte outre un émetteur- récepteur radar, au moins une antenne dépointée présentant un faible angle d'ouverture au moins dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de roulis de l'engin, et des circuits de traitement de signal comprenant des portes de mesure en distance. des circuits à seuil, et des circuits de calcul, ces circuits de calcul étant reliés au dispositif de déclenchement de l'engin. La Présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel les figures 1 à 3 sont des diagrammes simplifiés permet- tant d'expliquer le fonctionnement du dispositif de l'invention; la figure 4 est un bloc-diagramme du dispositif de l'invention, et les figures 5 et 6 sont des diagrammes de signaux relevés dans le dispositif de l'invention. Dans l'exemple décrit ci-dessous le dispositif de mesure de l'invention est implanté dans une bombe-cargo, mais il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à une telle application, et que ce dispositif de mesure peut ître implanté dans divers autres engins volants de destruction de pistes tels que des roquettes ou des missiles. La bombe-cargo portant le dispositif de mesure de l'invention est du type à conteneur cylindrique à ailettes renfermant des "sous-munitions" explosives appropriées à la des- truction de cibles telles que des pistes d'aviation Cette bombe est larquée d'un avion transporteur à une altitude généralement inférieure à 1 Km Au largage, un dispositif approprié imprime à la bombe une rotation autour de l'axe longitudinal de cette bombe. Dans le cas général d'un engin volant, il faut qu'au moins la partie de cet engin supportant la (ou les) antenne(s) du dis- positif de mesure de l'invention tourne autour de l'axe de roulis de cet engin Dans tous les cas, le lancement de cet engin ne se fait que lorsque l'on sait qu'une piste existe et sera survolée par cet engin, ou se trouve sur sa trajectoire. Pour obtenir la meilleure efficacité de destruction de la piste par les sous-munitions, l'angle "d'attaque" de la bombe (c'est à dire l'angle formé, en projection sur le sol, entre la trajectoire de la bombe et l'axe de la piste à détruire), doit a'tre inférieur à 900 et supérieur à environ 10 , et la distance de largage (distance, mesurée au sol, le long de la trajectoire de la bombe, entre la verticale du lieu de largage des sous- munitions et l'axe de la piste) doit avoir une valeur bien déter- minée, en général inférieure à environ 1 Km. Sur la figure 1, on a représenté une portion 1 de la piste à détruire, et la projection 2, sur le sol, de la trajectoire de la bombe-cargo L'axe de la piste 1 est référencé 3; et son inter- section avec la droite 2 est référencée 4 L'angle P formé par la droite 2 et l'axe 3 est dit "angle d'attaque" de la piste Pour une efficacité maximale de destruction, le point 4 doit ?tre situé sur une portion centrale de la piste 1, et les sous- munitions doivent atterrir le plus près possible du point 4. Sur le diagramme de la figure 2, dont le plan est celui du plan vertical contenant la trajectoire 2 on a a représenté en 5 la bombe-cargo peu avant le largage de ses sous-munitions, et en 6 en traits interrompus, cette même bombe juste au moment du largage de ses sous-munitions La trajectoire 2 se confond ici avec l'axe de roulis de la bombe La courbe 7 en trait interrompu représente la trajectoire des sous-munitions depuis leur laraaae jusqu'à leur arrivée au sol On suppose pour cette figure que la trajectoire 7 aboutit au point 4, c'est à dire que le déclen- chement du largage a eu lieu au bon moment On a référencé 8 le point du sol qui est à la verticale du lieu de largage 9 Dans la plupart des cas, la distance entre les points 8 et 4 est infé- rieure à 1 Km, et cette distance est constante pour un même tyoe de bombecargo làchée dans des conditions semblables (vitesse de l'avion porteur et altitude de largage pouvant varier à l'inté- rieur d'une fourchette de valeurs). Dans le cas présent, la hauteur de largage (segment 8-9) peut varier entre 100 et 1000 m environ. La bombe 5 est munie d'au moins une antenne radar dépointée. Dans le cas présent elle en comporte deux, référencées 10 et 11, dépointées selon des angles différents Dans le présent exemple, l'an Qle A de dépointage de l'antenne 10 est d'environ 35 , et l'anale B de dépointage de l'antenne 11 est d'environ 55 , ceci afin de pouvoir obtenir des informations quel que soit l'angle d'attaque de la piste(dans certaines limites) L'angle d'ouver- ture du faisceau conique (c'est à dire à section droite circu- laire) de ces deux antennes est variable selon les applications. Sa valeur typique est d'environ 10 à 30 * Dans le cas présent, il est d'environ 10 Ces deux antennes sont dirigées vers l'avant de la bombe, et sont diamétralement opposées Selon une variante avantageuse de l'invention, les antennes 10 et 11 émettent chacune un faisceau non pas conique mais aplati à section oblongue ou ellipsoidale, le grand axe de cette section (corres- pondant à une ouverture du faisceau d'environ 90 ) formant avec l'axe longitudinal (axe de roulis)de la bombe un angle sensi- blement égal à l'angle de dépointage B de l'antenne. Gr Sce au fait que la bombe tourne autour de son axe de roulis, le faisceau radar émis par chacune de ses antennes tourne donc aussi autour de cet axe Dans le cas d'un faisceau conique, la "tache" qu'il forme sur le sol est soit une hyperbole (lorsque le faisceau forme avec le sol un angle faible, mais ce cas n'est d'aucun intérêt ici) soit une ellipse telle que l'ellipse 12 représentée en figure 1 Du fait de ladite rotation de la bombe autour de son axe de roulis, le grand axe de l'ellipse. 2.5 lorsqu'elle existe, forme un angle variable avec l'axe 3 de la piste Dans le cas reorésenté en figure 1, la position de l'antenne est telle Que le grand axe de cette ellipse est prati- quement perpendiculaire à l'axe 3 de la piste 1 Pour obtenir un résultat exploitable (de la façon expliquée ci-dessous en réfé- rence aux figures 4 et 5), il faut que le grand axe 12 A de cette tache 12, soit perpendiculaire à l'axe 3 de la piste Dans le cas o le faisceau radar a une section oblongue, on obtient une tache telle que la tache 13 (en trait interrompu) qui englobe à la fois la piste et un point 14 oui est à la verticale de la bombe au moment o est Produite cette tache 13, qui sert à mesurer l'alti- tude de la bombe à cet instant. Le phénomène physique sur lequel est basée la mesure réa- lisée conformément à l'invention est la différence de réflexion d'ondes radar ayant une certaine longueur d'onde due à des sols de granulométries différentes En effet, la granulométrie des produits utilisés pour la construction de pistes d'aviation est généralement inférieure à 1 cm, alors que la granulométrie du sol avoisinant est supérieure à cette valeur Ainsi, si la longueur d'onde des ondes radars est de l'ordre de quelques centimètres, ces ondes sont réfléchies par le sol avoisinant la piste et ne sont pas réfléchies par la piste. Le disoositif de mesure de l'invention, schématiquement représenté en figure 4, comprend essentiellement: un émetteur- récepteur radar 15 relié aux antennes 10 et 11, un générateur 16 à balayace de fréquence, des Portes de distance 17 (batterie de filtres de bande accordés à des fréquences différentes proches les unes des autres, et permettant, de façon connue en soi, de déterminer des distances de cibles réfléchissantes), un détecteur 18 mesurant le niveau de sortie de chacune des portes de l'ensemble 17, un dispositif 19 à seuil, et un circuit 20 de traitement de signal et de calcul, dont la sortie est reliée à un dispositif 20 A de déclenchement de largage des sous-munitions. On a représenté en figure 3 une ellispe 21 similaire à l'el- lipse 12, et on a fiquré Dar un point 22 l'antenne radar corres- pondante ( 10 ou 11) Le grand axe de l'ellipse 21 est référencé 23 Les intersectic-'s de 1 ellipse 21 avec son axe 23 sont réfé- rencées 24 et 25 La distance entre l'antenne 22 et le point 24 est référencée Dl, et celle entre l'antenne 22 et le point 25 est référencée D 2, le Point 25 étant le plus éloigné de l'antenne 22. La distance entre l'antenne 22 et n'importe quel point à l'in- térieur de l'ellipse 21 est comprise entre DI et D 2 On a tracé à l'intérieur de l'ellipse 21 des lignes 26, équidistantes entre elles, d'isodistances par rapport à l'antenne 22 Etant donné que l'ellipse 21 est très allongée, ces lignes d'isodistances sont presque des droites, perpendiculaires à son grand axe La dis- tance radiale de l'antenne 22 aux bandes délimitées, par ces lignes est référencée di On règle les fréquences centrales des différents filtres 17 pour que les différentes lignes 26 corres- pondant aux frontières entre les bandes de ces filtres, soient sensiblement équidistantes, avec un pas compris entre 2 et 10 mètres environ. Lorsque l'antenne 22 est orientée de telle façon Que l'el- lipse 21 recouvre la piste 1 en débordant de chaque côté, et que son grand axe est perpendiculaire à l'axe de la piste, comme représenté en figures 1 et 3, on recueille à la sortie du circuit détecteur 18 un siqnal tel que représenté en figure 5 Ce signal comporte une première partie 27 correspondant aux échos renvoyés par le sol bordant la piste l du côté du point 2 q Cette partie 27 comporte une succession de pics, à raison d'un par porte de distance La seconde partie 28 de ce signal ne comporte que du bruit, du fait que la piste 1 ne se présente pas comme une sur- face réfléchissante à cause de sa rugosité (la fréquence d'émis- sion radar étant choisie de façon appropriée, comme expliqué ci-dessus) La troisième partie 29 est semblable à la partie 27. et correspond aux échos du sol bordant la piste au-delà du point Bien entendu, les pics des parties 27 et 29 adjacents à la partie 28 peuvent avoir des amplitudes différentes de celles représentées sur la fiqure 5, selon le degré de recouvrement des bords de la piste l Dar les bandes de l'ellipse 21 délimitées par les lignes 26. Le dispositif à seuil 19 a un seuil réglé légèrement en- dessous de l'amplitude moyenne des sommets des pics des parties 27 et 29 A la sortie du dispositif 19, on recueille un signal tel que le siqnal rectangulaire de la figure 6 Ce signal pré- sente, dans le cas illustré par la figure 3, deux créneaux 30, 31 correspondant aux parties 27 et 29 du signal de la figure 5 dans la mesure o tous les sommets des pics sont au-dessus du seuil précité L'espace 32 de valeur logique nulle entre les créneaux et 31 correspond à la partie 28, et donc à la largeur d'une voie rencontrée par le faisceau radar, ce qui permet de vérifier qu'il s'agit bien d'une piste si sa largeur est suffisante. Après plusieurs mesures ainsi effectuées, il est facile de déterminer la distance radiale Di à l'axe 3 de la piste 1 (milieu de la partie 32 entre les parties 30 et 31) Connaissant l'alti- tude de la bombe (mesurée soit avec un altimètre classique indé- pendant, soit avec l'appareillage décrit ci-dessus et équipé d'au moins une antenne produisant une tache sur le sol telle que la tache 13) lorsque le signal à la sortie du circuit 18 corresoond à celui de la figure 5, c'est à dire que le grand axe de l'ellipse ( 12, 21 ou 13) est perpendiculaire à l'axe de la piste 1 il est facile de calculer la distance entre le point 14 et l'axe de la piste 1, puis la distance entre le point 14 et le point 4 en connaissant l'angle D entre les droites 2 et 23 Au bout de plusieurs mesures, il est facile de déterminer à quel instant la distance de la bombe au point 4 aura la valeur désirée (dans le présent exemple 250 mètres) pour déclencher le largage des sous- munitions Le circuit 20 envoie au dispositif 20 A de déclenchement de largage le signal approprié lorsque cette valeur désirée est atteinte. Dans le cas o l'antenne 22 émet un faisceau produisant sur le sol une tache telle que la tache 13 (figure 1), le premier pic de la partie 27 correspond à l'altitude de l'antenne, puisqu'une altitude d'un point de l'espace par rapport au sol est la plus courte distance de ce point au sol, et que le premier pic de la partie 27 correspond à la plus courte distance entre l'antenne et le sol réflecteur Ce cas est particulièrement avantageux du fait que la mime antenne permet d'effectuer, au cours de la même émission radar, une mesure de l'altitude et une mesure de la distance radiale di à l'axe de la piste, ce qui évite de cumuler les erreurs sur ces deux mesures. Il est bien entendu que l'antenne dépointée rotative peut 9 tre remplacée par tout dispositif permettant de produire au sol des "taches J similaires aux taches décrites ci-dessus (telles que les zones sensiblement rectangulaires délimitées par les lignes 26 en figure 3) dont l'orientation et la position peuvent varier. R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif de mesure de la distance à une piste pour un engin volant caractérisé en ce qu'il comporte un émetteur- récepteur radar ( 15) analysant le sol par zones sensiblement rectangulaires ( 26) dont il fait varier l'orientation et la -5 position. 2 Dispositif de mesure selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'émetteur-récepteur radar émet à une fréquence permettant d'obtenir des échos du sol bordant la pistes sans obtenir des échos de la piste. 3 Dispositif de mesure selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la longueur d'onde de l'émission radar est de l'ordre de quelques centimètres. 4 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'émetteur-récepteur radar est relié à au moins une antenne dépointée ( 10, 11) qui tourne autour de l'axe de roulis ( 2) de l'enqin volant. Dispositif de mesure selon l'une des revencications pré cédentes, caractérisé en ce qu'il comporte: un émetteur- récepteur radar ( 15), au moins une antenne dépointée ( 10 ou 11) présentant un faible angle d'ouverture au moins dans une direc- tion sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de la bombe et des circuits de traitement de signal comprenant des portes de mesure en distance ( 16, 17), des circuits à seuil ( 19) et des circuits de calcul ( 20) dont la sortie est reliée à un dispositif ( 204) de déclenchement de largage des sous-munitions. 6 Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte deux antennes dépointées selon des angles de dépointage différents. 7 Dispositif de mesure selon la revendication 6,carac- térisée en ce que les angles de dépointage sont respectivement de 350 et 55 environ. 8 Dispositif de mesure selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'il est appliqué à une bombe-cargo dont le largage est déclenché lorsque la distance, mesurée au sol, de la bombecargo à l'axe de la piste, parallèlement à la trajectoire de la bombe, atteint une valeur déterminée.