Brevet FR2676823A1 — publié le 19921127

La présente invention concerne un dispositif destiné à la mesure de l'écart d'un projectile -en particulier d'une munition tirée à partir d'une arme à tube qui est équipé d'une source lumineuse logée dans le culot du projectile et d'un capteur de mesure fixe. De tels systèmes ont essentiellement pour but de mesurer de façon continue aussi bien l'écart que la position de l'angle de roulis du projectile pour que le déclenchement de l'impulsion ou des impulsions de correction puisse intervenir en temps voulu, c'est-à-dire au sens d'une approche de la trajectoire théorique du projectile. Un de ces systèmes bien connus est le système dit "beamrider", dont la fonction essentielle consiste à projeter une mire optique fixe ou mobile autour de la trajectoire théorique d'un projectile Lorsqu'un projectile évolue à l'intérieur d'une telle mire, il peut détecter, grâce à celle-ci, son écart instantané par rapport à la trajectoire théorique au moyen d'éléments photosensibles correspondants. En faisant appel à ce système bien connu, deux dispositifs ont été expérimentés avec succès Le premier système fonctionne avec quatre lasers à semi-conducteur pulsés différemment, dont les faisceaux se chevauchent en partie de manière à engendrer une mire optique comportant des zones individuelles caractéristiques Chacune de ces zones se distingue par des trains d'impulsions qui peuvent être différenciés Le deuxième système fait appel à un faisceau laser qui tourne autour de la trajectoire théorique Le projectile peut, déterminer son écart à partir de la durée de déplacement du faisceau laser entre une position de référence et la position dans laquelle le faisceau laser arrive sur le culot du projectile. Ces systèmes bien connus ont cependant l'inconvénient que, dans le cas de trajets prolongés, la qualité du faisceau laser émis peut être fortement affectée par les conditions atmosphériques, c'est-à-dire qu'outre la divergence normale, le faisceau laser subit un élargissement et une atténuation plus ou moins prononcée De plus, à mesure que la distance augmente, de fortes fluctuations d'intensité apparaissent localement. L'élargissement du faisceau laser sous l'influence des conditions atmosphériques conduit à des déformations des zones de mesure projetées Les fluctuations d'intensité statistiques peuvent en même temps entraîner des défaillances dans la transmission des impulsions lumineuses Il convient donc de donner la préférence à des systèmes susceptibles de réagir de façon moins sensible aux effets qui ne manqueront pas de se produire et d'affecter la qualité du faisceau De tels systèmes sont caractérisés, par exemple, par la détermination d'une valeur moyenne par référence à la section du faisceau, comme c'est le cas pour le procédé faisant appel au faisceau laser tournant. L'élargissement du faisceau laser sous l'influence des conditions atmosphériques reste sans effet lorsque, pour mesurer l'écart du projectile, on mesure la source lumineuse elle-même au lieu de projeter des zones de mesure, comme c'est le cas pour les systèmes "beamrider" A cet effet, l'image d'une source lumineuse logée dans le culot du projectile est formée sur un système détecteur équipé d'une optique, dont l'axe est orienté vers la trajectoire théorique. Ce but est atteint à l'aide du dispositif de mesure de l'écart d'un projectile réalisé conformément à l'invention et destiné en particulier à une munition tirée à partir d'une arme à tube, ce dispositif étant équipé d'une source lumineuse et d'un capteur de mesure, et étant caractérisé en ce que la source lumineuse est une source lumineuse laser logée dans le culot du projectile et en ce que le capteur de mesure fixe monté de préférence sur une installation de tir comporte plusieurs éléments photosensibles, une optique, en particulier une optique de formation d'images, étant disposée devant le capteur de mesure D'autres versions utiles de ce dispositif suivant la présente invention apparaîtront encore dans les descriptions et caractéristiques données ci-après. En utilisant comme source lumineuse une source laser logée dans le culot du projectile, il est possible de projeter, à partir du projectile tiré, un faisceau laser fortement focalisé sur un capteur de mesure comportant plusieurs éléments photosensibles, de manière à obtenir, même en pleine lumière du jour, un maximum d'intensité qui peut être détecté par les capteurs de mesure L'image du faisceau laser reçu par le capteur de mesure est alors formée de façon relativement nette sur le capteur par l'intermédiaire d'une optique Celle-ci peut comporter soit une simple lentille soit un système optique à réglage automatique qui ajuste automatiquement la profondeur de champ en fonction de la vitesse théorique du projectile afin de pouvoir déterminer l'écart du projectile par rapport à la trajectoire idéale même dans le cas de distances importantes sans que les mesures soient entachées de grandes erreurs L'invention est importante pour la commande du projectile, mais elle est aussi très utile pour la seule mesure de l'écart du projectile, car elle rend superflues, du moins en partie, les observations de l'impact du projectile En effet, en raison des difficultés rencontrées, ces observations n'ont pu être effectuées jusqu'à présent avec la précision requise. Il serait bon que la source lumineuse laser consiste en un laser à semiconducteur En effet, compte tenu de ses faibles dimensions et de sa stabilité mécanique, un tel laser est particulièrement approprié pour être logé dans le culot d'un projectile, notamment d'une *munition tirée à partir d'une arme à tube. Toutefois, on peut également utiliser des diodes à superluminescence qui présentent un spectre multimode plus large qu'un laser à semi- conducteur, et qui sont en règle générale moins coûteuses. Pour la focalisation du faisceau lumineux issu de la diode à superluminescence, on peut prévoir l'installation d'optiques de focalisation supplémentaires au culot du projectile Les optiques réalisées par voie micromécanique semblent être particulièrement avantageuses En faisant appel aux caractéristiques de causticité de certains acides pour obtenir un cristal régulier, par exemple le silicium, on obtient la formation de structures régulières le long de la configuration cristalline du matériau à attaquer De petites billes en verre focalisantes sont ensuite insérées dans ces structures Par analogie avec les lasers à semi-conducteur ou les diodes à superluminescence, les structures traitées par voie micromécanique présentent une stabilité telle qu'elles résistent bien aux accélérations intervenant au départ du coup dans le cas d'une iunition tirée à partir d'une arme à tube. On a intérêt à utiliser le laser à semi- conducteur en régime impulsionnel Pour une puissance moyenne donnée, ce régime permet en effet d'augmenter l'émission lumineuse du laser et par conséquent la portée de mesure. Par l'utilisation suivant l'invention d'un laser à semi-conducteur, il est possible d'obtenir des résultats de mesure fiables même en plein jour pourvu que le capteur de mesure soit recouvert d'un filtre optique ne laissant passer qu'un très mince filet d'ondes lumineuses émises à certaines longueurs d'onde L'idéal serait un filtre optique ne laissant passer que le ou les modes d'intensité maximale de la source lumineuse laser. Il est particulièrement avantageux de disposer les éléments photosensibles du capteur de mesure et/ou de les connecter de façon centrée En effet, cette façon de procéder permet d'établir un rapport entre les valeurs mesurées et l'angle d'écart du projectile concerné sans attendre le dépouillement à l'aide d'une électronique de dépouillement dont on aurait intérêt à disposer. Un montage circulaire des diodes est particulièrement approprié pour servir de capteur de mesure La projection de ce dispositif circulaire de diodes, par l'intermédiaire de l'optique utilisée, dans l'espace situé autour de la trajectoire théorique permet ensuite de définir la zone de mesure de l'écart Lorsque le projectile à mesurer se trouve à l'intérieur de cette zone, l'image de la lumière laser émise à partir du culot du projectile est formée sur une ou plusieurs diodes du système circulaire Après avoir déterminé la valeur moyenne par une électronique de dépouillement qu'il serait bon de posséder, on peut obtenir une mesure relativement précise de l'angle d'écart Par exemple, lorsque le capteur de mesure comporte un dispositif de 720 diodes, l'angle d'écart peut être déterminé théoriquement à 0,5 degré près Les mesures de l'écart du projectile n'interviennent que si cet écart est supérieur au diamètre intérieur projeté du montage de diodes et inférieur au diamètre extérieur projeté du montage de diodes Ces conditions aux limites sont très souhaitables en ce qui concerne la correction de la trajectoire, car la décision à prendre en vue d'une telle correction est subordonnée dans le cas présent à la grandeur de l'écart. En effet, à l'intérieur d'une certaine zone située autour de la trajectoire théorique, une correction de la trajectoire doit être évitée, car le déclenchement d'une impulsion de commande entraînerait un accroissement de l'écart Dans le cas d'un écart devenu trop grand, l'application d'une correction serait inutile, car elle ne serait plus réussie. Une correction n'a donc lieu que si le projectile se trouve à l'intérieur de la zone de mesure de l'écart L'image de la lumière laser issue du projectile est alors projetée sur la surface correspondante du capteur de mesure En outre, seules certaines zones appropriées du capteur de mesure sont équipées de diodes photosensibles Le capteur ne réagit donc que si l'écart du projectile peut être corrigé. On a intérêt à avoir un dispositif de calcul permettant de déterminer dans un laps de temps minimal l'écart du projectile en fonction des intensités photo- électriques reçues par le capteur de mesure Des informations correctives peuvent donc encore être transmises au projectile. Pour la transmission des informations en vue d'une correction de l'écart ou pour la transmission d'une impulsion électromagnétique destinée au déclenchement d'une charge corrective embarquée à bord du projectile, on a intérêt à connecter un émetteur au dispositif de calcul électronique. Il est utile de monter sur le projectile un récepteur correspondant qui peut déclencher une ou plusieurs charges correctives installées à son bord La source lumineuse logée à bord du projectile peut utilement être modulée de manière à transmettre des données importantes complémentaires relatives au projectile De telles données importantes pourraient concerner, par exemple, la position instantanée de l'angle de roulis mesurée à l'intérieur du projectile. Il est également utile de prévoir l'installation d'une source d'énergie à l'intérieur du projectile, qui alimente en courant électrique les composants électriques et les composants électroniques logés dans le projectile. En outre, il est utile d'installer des dispositifs à l'intérieur du projectile pour mesurer la position instantanée de l'angle de roulis du projectile. Dans ce qui suit, l'objet de l'invention est expliqué plus en détail à l'aide des dessins annexés En outre, d'autres avantages et d'autres caractéristiques de la présente invention sont indiqués Sur ces dessins: la figure 1 est un schéma de principe dans lequel sont représentés les composants essentiels et leur mode de fonctionnement; et la figure 2 est une représentation schématique d'un capteur de mesure utilisé. La figure 1 montre un dispositif de calcul électronique 10 destiné au dépouillement des données mesurées qui proviennent d'un capteur de mesure 12 En outre, le dispositif de calcul électronique 10 peut être équipé d'un élément émetteur qui transmet les impulsions de commande à un projectile 18 Les impulsions de commande sont un résultat du dépouillement des mesures enregistrées par le capteur de mesure 12 en vue du calcul d'un angle d'écart 24 du projectile 18 par rapport à une trajectoire théorique 28 Les impulsions transmises ont pour but de déclencher des charges correctives prévues à bord du projectile 18, afin d'obtenir une correction de la trajectoire et par conséquent une diminution de l'angle d'écart { Enfin, le dispositif de calcul électronique 10 peut être équipé d'un décodeur récepteur pour le dépouillement d'informations spécifiques en provenance du projectile - par exemple l'angle de roulis mesuré à l'intérieur du projectile transmises par l'intermédiaire d'un faisceau lumineux émis par une source lumineuse 16 logée dans le culot du projectile 18, et reçues par le capteur de mesure 12 Ces informations relatives au projectile et susceptibles de se superposer à haute fréquence au faisceau lumineux, sont reçues par le capteur de mesure 12 et transmises au décodeur récepteur du dispositif de calcul électronique 10 ou de l'électronique de dépouillement 10 afin de déterminer, par exemple, l'instant précis de l'émission d'une impulsion en vue du déclenchement d'une charge corrective embarquée à bord du projectile 18, au cas o le projectile effectue une rotation propre autour de son axe longitudinal. La figure 2 montre que le capteur de mesure 12 est équipé de plusieurs éléments photosensibles 13 qu'il est bon de disposer ou de connecter de façon centrée De cette manière, la mesure d'une intensité sur un ou plusieurs éléments photosensibles 13 du capteur de mesure 12 peut déjà fournir une information sur l'écart du projectile 18 Des montages circulaires de diodes, par exemple les montages disponibles dans le commerce sous le nom Reticon R O 0720, sont particulièrement appropriés. Un tel dispositif de diodes comporte 720 diodes photosensibles individuelles, si bien qu'on peut déterminer théoriquement l'angle d'écart à 0,5 degré près après avoir déterminé la valeur moyenne par voie électronique Les mesures de l'écart du projectile n'interviennent dans le cas présent que si cet écart est supérieur au diamètre intérieur projeté du dispositif de diodes et inférieur au diamètye extérieur projeté de ce dispositif Ces conditions sont très souhaitables en ce qui concerne la correction de la trajectoire, car la décision à prendre en vue d'une telle correction est subordonnée dans ce cas à la grandeur de l'écart A l'intérieur d'une certaine zone située autour de la trajectoire théorique 28, une correction doit être évitée, car le déclenchement d'une charge corrective conduirait à un angle d'écart supérieur à l'angle d'écart instantané Dans le cas d'un écart devenu trop grand, l'application d'une correction serait inutile, car elle ne serait plus réussie Une correction n'a donc lieu que si le projectile se trouve à l'intérieur de la zone 26 pour la mesure de l'écart et si l'image d'une tache de lumière 20 issue de la source lumineuse 16 logée dans le culot du projectile 18 est formée sur la surface correspondante du capteur de mesure 12. Dans le cas d'un dispositif de diodes 12 comportant 720 diodes photosensibles, la fréquence à laquelle le dispositif de diodes est balayé, est par exemple égale à 600 Hz Une telle cadence est suffisante pour la mesure de l'écart du projectile et pour l'émission en temps utile d'une impulsion destinée au déclenchement d'une charge corrective dans le but d'agir positivement sur la trajectoire du projectile et de la rapprocher de la trajectoire théorique 28. Une optique 22 est disposée devant le capteur de mesure 12 pour former l'image du faisceau lumineux émis à partir du culot du projectile 18 Dans le cas le plus simple, cette optique 22 peut comporter une lentille Il est cependant possible de prévoir une optique plus sophistiquée à réglage automatique qui ajuste automatiquement la profondeur de champ de la tache de lumière en fonction de la vitesse de déplacement du projectile Même si le projectile s'éloigne progressivement du capteur deimesure 12 et/ou de l'optique 22, l'image de la tache de lumière peut ainsi être formée d'une façon relativement nette sur le capteur de mesure 12 La commande du réglage automatique de la profondeur de champ peut être assurée, par exemple, par l'appareil de conduite de tir. L'image de la tache de lumière provenant de la source lumineuse 16 logée dans le culot du projectile 18 est formée sur le capteur 12 par l'intermédiaire de l'optique 22 Mais à l'inverse, l'optique 22 projette également une zone de mesure 26 dans l'espace, qui devrait utilement être traversée par le projectile 18. Lorsque l'optique ne comporte qu'une lentille, le diamètre de la zone de mesure 26 ne varie qu'en fonction de la distance séparant le projectile 18 de l'optique 22. Lorsqu'on utilise, par exemple, un système de lentilles à réglage automatique de profondeur de champ, le diamètre de la zone de mesure 26 dépend en outre de façon dynamique des paramètres de réglage de l'optique 22 De telles corrélations peuvent cependant être prises en compte par le dispositif de calcul électronique et/ou l'électronique de dépouillement 10. Pour le dispositif conforme à l'invention, destiné à la mesure et à la correction de l'écart, ce sont des munitions tirées à partir d'une arme à tube qui entreront de préférence en ligne de compte A cet effet, le culot du projectile 18 est équipé d'une source lumineuse 16 qui devrait comporter soit un laser à semi- conducteur soit une diode à superluminescence En outre, le projectile 18 devrait au moins comporter une charge corrective et un récepteur susceptible de déclencher la charge corrective à l'instant voulu, c'està-dire lorsque l'électronique de dépouillement 10 aura transmis une impulsion de commande au projectile 18 et que cette impulsion aura été reçue à l'intérieur du projectile 18. En outre, il est utile d'équiper le projectile 18 de dispositifs destinés à la mesure de données enregistrées à l'intérieur du projectile telles que la position instantanée de l'angle de roulis mesurée dans le projectile et/ou l'inclinaison par rapport à l'horizontale De telles informations en provenance de il l'intérieur du projectile pourraient être transmises au capteur de mesure 12 par l'intermédiaire d'une électronique de modulation qui module, par exemple à haute fréquence, le faisceau lumineux du laser à semi- conducteur ou de la diode à superluminescence 16. Une diode à laser à semi-conducteur fonctionnant en régime impulsionnel ou une diode à superluminescence fonctionnant en régime impulsionnel sont particulièrement aptes à servir de source lumineuse 16 logée dans le culot du projectile En effet, de tels composants sont d'une part caractérisés par une résistance mécanique suffisante aux accélérations. D'autre part, la divergence du faisceau émis par ces diodes est supérieure à l'inclinaison du projectile par rapport à la ligne visuelle, qui résulte de la pendulation et de la courbure de la trajectoire Sous réserve d'une adaptation appropriée du récepteur, lesdites diodes permettent en outre une transmission des signaux sur un trajet de quelques kilomètres. Pour tirer avantage de la bande spectrale étroite de la source laser à semi-conducteur, il est recommandé de disposer un filtre optique devant le capteur de mesure 12, qui ne présente de fenêtre optique que dans la gamme des fréquences du laser à semi- conducteur De cette manière, il est possible d'obtenir une transmission sur de très grands trajets même en plein jour Cette façon de procéder permet en outre d'éviter tout éblouissement du détecteur à résolution spatiale 12 ou du capteur de mesure 12 sous l'effet des autres longueurs d'onde de lumière. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour la mesure de l'écart d'un projectile, en particulier d'une munition tirée à partir d'une arme à tube, équipé d'une source lumineuse et d'un capteur de mesure, caractérisé en ce que la source lumineuse ( 16) est une source lumineuse laser logée dans le culot du projectile ( 18) et en ce que le capteur de mesure fixe ( 12) monté de préférence sur une installation de tir comporte plusieurs éléments photosensibles, une optique ( 22), en particulier une optique de formation d'images, étant disposée devant le capteur de mesure ( 12). 2 Dispositif pour la mesure de l'écart d'un projectile conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse laser ( 16) comporte un laser à semi-conducteur ou une diode à superluminescence. 3 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la source lumineuse fonctionne en régime impulsionnel. 4 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments photosensibles du capteur de mesure ( 12) sont disposés de façon centrée et/ou connectés de façon centrée. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins certains éléments du capteur de mesure sont recouverts d'un filtre optique. 6 Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que, dans la bande d'émission spectrale de la source lumineuse laser ( 16), le filtre est transparent et présente une faible absorption et/ou réflexion. 7 Dispositif conforme à l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le laser à semi-conducteur comporte sur une face une couche réfléchissante. 8 Dispositif conforme à l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le laser à semi-conducteur est un dispositif connecté par voie optique et/ou par voie électrique. 9 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le capteur de mesure ( 12) est un montage circulaire de diodes. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de calcul électronique ( 10) qui détermine l'écart du projectile ( 18) en fonction des mesures enregistrées par le capteur de mesure ( 12). 11 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un émetteur, connecté de préférence au dispositif de calcul électronique ( 10) afin de transmettre une impulsion de commande au projectile ( 18). 12 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le projectile est équipé d'un récepteur destiné à recevoir l'impulsion de commande. 13 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le projectile ( 18) est équipé d'au moins une charge propulsive ou d'une charge destinée à corriger l'écart du projectile ( 18) afin de diminuer cet écart. 14 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la source lumineuse ( 16) logée dans le culot du projectile ( 18) est modulable de sorte que des données déterminées à l'intérieur du projectile puissent être transmises par l'intermédiaire du faisceau lumineux ( 14). Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la mise en place d'une source d'énergie, par exemple d'une pile, est prévue à l'intérieur du projectile. 16 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que des dispositifs de mesure sont prévus à l'intérieur du projectile afin de déterminer des données relatives au projectile telles que la position instantanée de l'angle de roulis du projectile ( 18). 17 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que l'optique ( 22) règle automatiquement ses caractéristiques de formation d'image en fonction de la distance instantanée du projectile. 18 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le culot du projectile comprend un réflecteur qui réfléchit et dirige le faisceau lumineux émis par un laser fixe implanté au sol, sur le dispositif pour la mesure de l'écart.