Brevet FR2689644A1 — publié le 19931008

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure de l'écart, c'est-à-dire de la déviation de la trajectoire réelle par rapport à la trajectoire théorique, de projectiles balistiques Le dispositif proposé comprend un système de projection installé à proximité immédiate d'un dispositif de lancement et équipé au moins d'un laser et d'un système de déflexion du faisceau laser La mise en place d'un dispositif de dépouillement pour la détermination de l'écart est prévue à bord d'un projectile, ce dispositif de dépouillement étant équipé d'un élément récepteur sensible au rayonnement laser en provenance du système de projection. La technologie moderne appliquée dans le domaine de l'artillerie permet dès à présent d'obtenir un grand nombre de coups au but Des calculateurs électroniques utilisés comme systèmes de conduite de tir évaluent les conditions de lancement de projectiles balistiques en fonction des paramètres spécifiques du projectile et des conditions météorologiques La trajectoire théorique ainsi déterminée est utilisée pour l'orientation du canon. En règle générale, il n'est cependant pas possible de prévoir complètement les paramètres de vol Par ailleurs, des erreurs supplémentaires se produisent à l'instant du tir, qui entraînent un écart, du projectile balistique par rapport à la trajectoire voulue Une telle erreur se produit, par exemple, lorsque le canon est en mouvement ou lorsqu'il est soumis à de fortes vibrations. Ce phénomène influe évidemment sur la probabilité de coup au but. _ Pour agir sur la trajectoire d'un projectile balistique, on a déjà expérimenté des systèmes appelés "Beamrider" (guidage par faisceau) Dans ce cas, une émission lumineuse en nappe soit stationnaire soit mobile est projetée autour de la trajectoire théorique prédéterminée du projectile concerné Lorsque le projectile traverse la nappe lumineuse, la structure de cette nappe permet au projectile, à un moment donné, de calculer son écart par rapport à la projectile théorique, d'effectuer les corrections nécessaires et de mesurer en même temps la position de l'angle de roulis. Pour ces systèmes et des systèmes comparables, une mesure de l'écart ne peut cependant se faire qu'à une certaine distance de tir sur un tronçon relativement court de la trajectoire En raison de la courbure de la trajectoire, ce n'est qu'en deux points au plus que l'on peut faire coïncider la ligne de visée du dispositif de mesure de l'écart avec la trajectoire théorique calculée préalablement Des mesures de l'écart ne peuvent donc intervenir que dans la zone des deux points d'intersection. En pratique, de telles mesures ne peuvent se faire que sur un tronçon de trajectoire sur lequel la trajectoire théorique ne s'écarte pas trop de la ligne de visée. Dans la demande de brevet allemand relativement ancienne P 41 10 766 7, un dispositif pour la mesure de l'écart de projectiles est décrit, pour lequel la mise en place d'une source lumineuse est prévue à l'intérieur du culot du projectile Ladite source lumineuse est repérée par un capteur installé au sol et équipé de plusieurs éléments photosensibles Dans le cas de ce système, l'écart instantané du projectile n'est donc pas mesuré à l'intérieur du projectile, mais au sol. Pour une correction de la trajectoire, il faut mesurer simultanément l'écart et l'angle de roulis Les mesures de l'angle de roulis s'effectuant jusqu'à présent à l'intérieur du projectile, toute valeur mesurée au sol de l'écart devrait être transmise de façon continue au projectile, tandis que les valeurs mesurées de l'angle de roulis devraient être transmises de façon continue au sol. En tout état de cause, il est absolument préférable de mesurer l'écart à bord du projectile. C'est pourquoi le procédé décrit dans la demande de brevet P 41 10 766 7 convient moins à une correction de la trajectoire. La présente invention a pour but de proposer un dispositif pour l'identification de l'écart, qui ne souffre pas des inconvénients mentionnés ci-dessus La présente invention a en particulier pour objet de proposer un dispositif fiable et rapide permettant de déterminer l'écart de projectiles balistiques. La revendication 1 présente des caractéristiques de ce dispositif conçu pour la détermination de l'écart. Des versions utiles du dispositif conforme à l'invention découlent des caractéristiques présentées dans les sous-revendications. Le dispositif proposé pour la détermination de l'écart comporte avantageusement des déflecteurs acousto- optiques qui ont pour fonction d'engendrer la déflexion d'un faisceau lumineux, de préférence d'un faisceau laser, suivant les directions X et Y La déflexion peut être obtenue par l'intermédiaire de deux déflecteurs installés l'un derrière l'autre et orientés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre, et traversés successivement par le faisceau laser, ou par l'intermédiaire d'un seul déflecteur qui peut être orienté indépendamment suivant deux axes. Les déflecteurs sont commandés avantageusement à l'aide de générateurs de fréquence de puissance qui engendrent une-onde acoustique stationnaire à l'intérieur d'un milieu convenant-à l'effet acousto- optique A partir d'un faisceau laser pénétrant dans le milieu, un deuxième faisceau partiel se détache sous l'effet d'une diffraction. L'angle de déflexion de ce faisceau varie en fonction de la fréquence, tandis que l'intensité de ce faisceau varie en fonction de l'amplitude du signal de commande Le faisceau non dévié est habituellement supprimé. Par l'intermédiaire du système de commande, le -faisceau diffracté peut être modulé aussi bien en direction qu'en luminosité Pour la mesure de l'écart, un faisceau laser présentant une luminosité constante est suffisant, c'est-à-dire que les déflecteurs sont commandés par des signaux présentant une amplitude constante et une fréquence variable. En outrer une modulation supplémentaire permet de transmettre des informations complémentaires ou des instructions de pilotage au projectile, soit sous l'effet d'une modulation d'amplitude par l'intermédiaire des déflecteurs soit sous l'effet d'une modulation d'impulsions par l'intermédiaire des déflecteurs ou du laser lui-même. Des matériaux appropriés étant disponibles pour l'ensemble du domaine spectral (ultraviolet, visible, infrarouge) et pour l'effet acoustooptique, un choix judicieux du matériau constituant les déflecteurs permet l'emploi de pratiquement tous les types de laser existants. Dans le cas du système proposé, la déflexion du faisceau s'opère au moyen d'un effet solide qui est pratiquement sans inertie Ceci permet d'obtenir pour le projectile en vol une modification ou un déplacement de la nappe lumineuse émise Il est ainsi possible, par exemple, d'entraîner sur l'ensemble de la trajectoire une nappe lumineuse de mesure ou une nappe lumineuse de guidage qui évolue de façon synchrone et orientée dans le temps avec le projectile. En outre, le guidage par faisceau peut se faire de façon intelligente, c'est-à-dire que des informations sur le projectile enregistrées en cours de vol peuvent être prises en considération pour le processus de mesure ou le processus de guidage du projectile. Ces possibilités supplémentaires montrent qu'un progrès très important a été réalisé par rapport aux procédés utilisés jusqu'à présent. Pour agir sur les déflecteurs, il est également possible d'introduire dans le système de projection un microprocesseur ou un autre dispositif de commande. Par l'emploi de composants optiques et de composants électroniques qui n'ont aucune fonction mécanique, il est possible d'assembler sans difficultés tous les éléments du système de projection, par exemple en les reliant entre eux par adhérence ou par coulée Il est particulièrement avantageux de noyer ces éléments dans une résine époxy. En règle générale, chacun des projectiles utilisés conformément à la présente invention comporte au moins une charge correctrice destinée à la correction de la trajectoire Une telle correction intervient en fonction de l'écart mesuré et de l'angle de roulis du projectile concerné A cet effet, chacun des projectiles stabilisés en vol par rotation propre est équipé d'un dispositif de mesure de l'angle de roulis Ce dispositif est relié au système de dépouillement installé à l'intérieur du projectile pour la réception du faisceau laser émis. Le système de dépouillement monté à l'intérieur du projectile et l'élément récepteur photosensible faisant partie de ce système, en général une photodiode, sont protégés, à l'instant du tir, par une plaque de recouvrement. Après le tir, ladite plaque de recouvrement se sépare de l'arrière-corps du projectile ou elle est éjectée. On peut également concevoir des dispositifs qui mesurent l'écart d'un projectile balistique à partir du sol Dans ce cas, le faisceau laser est réfléchi par le projectile de manière passive ou active Le faisceau lumineux ainsi réfléchi est reçu au sol et dépouillé, par l'intermédiaire du faisceau lumineux lui-même ou par l'intermédiaire d'une-fréquence radio, il est alors possible de transmettre au projectile les instructions de commande correspondantes en vue d'une correction de l'écart. Outre la fiabilité du système, son insensibilité aux secousses et la possibilité d'une transmission des données de commande par l'intermédiaire d'une modulation du faisceau laser diffracté, la structure particulièrement compacte de ce système constitue un avantage supplémentaire La différence de volume très avantageuse s'explique essentiellement par le fait que les déflecteurs acousto- optiques présentent des dimensions nettement plus petites que celles des systèmes classiques comparables, pour lesquels une mécanique compliquée et encombrante est nécessaire. Pour le dispositif proposé conforme à l'invention, la cadence de mesure dépend du temps mis par le faisceau laser pour effectuer la projection d'une nappe lumineuse complète d'orientation Dans le cas le plus simple, le faisceau laser effectue une seule rotation de 3600 autour de la trajectoire théorique Chaque rotation engendre une série d'impulsions qui constitue un signal pour la mesure de l'écart Grâce au choix d'une électronique appropriée, les impulsions défaillantes se manifestant dans une série d'impulsions n'affectent pas la qualité de la mesure. Lorsqu'un système intelligent est utilisé conformément à la présente invention, le faisceau laser peut s'accrocher au projectile après avoir effectué une seule rotation ou plusieurs rotations autour de la trajectoire La zone située autour du projectile et balayée par le faisceau laser est, dans ce cas, limitée dans son étendue de manière que le faisceau puisse suivre les déplacements de cette zone Dans le cas de l'emploi d'un système intelligent, la cadence de mesure, c'est-à-dire le temps requis pour transmettre une information au projectile, est donc sensiblement réduit Un tel avantage contribue à une amélioration de l'efficacité du système Le projectile doit cependant être équipé d'un réflecteur passif ou actif qui permet de transmettre au système de projection installé au sol l'information sur le balayage du projectile par le faisceau laser. Pour former l'image du faisceau laser, une lentille devrait en règle générale être installée au culot du projectile afin de pouvoir focaliser ou projeter de la manière souhaitée le faisceau laser incident sur la photodiode qui est également logée au culot du projectile. L'ensemble du domaine spectral étant utilisable pour l'effet acoustooptique, il ne sera pas nécessaire de présenter en détail les différents matériaux ou les différentes gammes d'onde susceptibles d'être choisis Pour conclure, il semble cependant utile de souligner que l'émission lumineuse en nappe peut présenter des structures appropriées très différentes. Il peut être utile, le cas échéant, de projeter un faisceau lumineux de référence ou un faisceau laser de référence autour de la trajectoire déterminée préalablement par un calculateur du système de conduite de tir, afin de réaliser ainsi avantageusement le calcul de l'angle d'écart. Le faisceau de référence, par exemple un faisceau laser stationnaire, déclenche dans ce cas un compteur logé à bord du projectile Ce compteur compte les oscillations d'un oscillateur jusqu'à l'instant o le faisceau laser en rotation passe sur le projectile La valeur affichée par le compteur est alors proportionnelle à l'angle d'écart. Un faisceau laser de référence n'est cependant pas obligatoire Il faut connaître, par contre, la position angulaire instantanée du faisceau laser rotatif Cette information peut être obtenue, comme indiqué plus haut, à l'aide d'un faisceau laser de référence et d'un compteur. Mais il est également possible de localiser le faisceau laser en fonction de l'angle La fréquence de répétition des impulsions est alors un critère de la position angulaire du faisceau laser en rotation et on pourrait renoncer, dans ce cas, à l'emploi d'un faisceau de référence. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description que l'on va donner maintenant, à titre non limitatif, de modes de réalisation de cette invention, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma de principe du dispositif de projection conforme à l'invention ou d'un système conforme à l'invention; et la figure 2 est une vue illustrant le principe de déroulement d'une mesure de l'écart et d'une correction de cet écart. Le schéma de la figure 1 représente les composants essentiels conformes à l'invention du dispositif de projection 10. Un laser 12, par exemple une diode à semi- conducteur, un laser à gaz pompé ou un laser à solide pompé, émet un faisceau laser 30 Ce faisceau peut ensuite être traité au moyen d'autres éléments optiques directement couplés au laser 12 C'est ainsi que des lentilles de focalisation, des élargisseurs de faisceau, etc, peuvent être mis en place pour agir positivement sur la qualité du faisceau laser. Le faisceau laser 30 pénètre ensuite dans un premier déflecteur acousto-optique 14. Sous l'effet d'une excitation de déflexion 20 suivant la direction X, une onde acoustique stationnaire est engendrée dans le déflecteur 14. Le faisceau laser est soumis à un processus de dissociation qui intervient sur le réseau de diffraction ainsi engendré Plus la fréquence de l'onde acoustique qui est à l'origine de la déflexion 12 suivant la direction X dans le déflecteur 14 est élevée, plus la déflexion du faisceau laser diffracté 30 est forte Comme on ne souhaite qu'une déflexion du faisceau laser 30 pour cette version de l'invention et qu'aucune modulation n'est en général voulue, l'onde acoustique engendrée sous l'effet de l'excitation de déflexion 20 suivant la direction X est essentiellement constante dans le temps. Le faisceau laser 32 ainsi dévié suivant la direction X quitte le déflecteur 14 et pénètre dans le déflecteur 16 Dans le déflecteur 16, l'excitation de déflexion 18 suivant la direction Y est également engendrée par une onde acoustique, mais perpendiculairement à la direction X Le processus de déflexion suivant la direction Y se déroule de façon similaire à la déflexion du faisceau laser 30 suivant la direction X. Le faisceau laser 34 définitivement dévié quitte ensuite le déflecteur 16 dans la direction voulue. Un système de commande 22 pilote aussi bien la déflexion 20 suivant la direction X que la déflexion 18 suivant la direction Y Pour le système de commande 22, il peut s'agir dans le cas le plus simple d'un circuit logique câblé Il est évidemment possible de remplacer ce circuit logique par un microprocesseur ou un calculateur électronique complet. Le dispositif de projection 10 est relié à un collimateur de tir de la pièce d'artillerie concernée, par exemple le canon d'un char Une telle connexion peut simultanément comporter une liaison avec le système de conduite de tir du char. Le décalage latéral introduit sur la figure 1 entre les déflecteurs 14, 16 ne sert qu'à des fins de démonstration En réalité, aucun décalage latéral ne se produira en règle générale entre les déflecteurs, car la déflexion du faisceau laser engendrée sous l'effet des déflecteurs 14, 16 n'est que faible en raison du volume desdits déflecteurs. Dans le cas o le dispositif et le système conformes à l'invention ont pour but de s'accrocher au projectile, le système de commande 22 est relié à un récepteur qui reçoit du projectile l'information indiquant s'il y a eu balayage du projectile par le faisceau laser rotatif 34 _ La figure 2 _montre comment une correction de la trajectoire peut être réalisée avec le dispositif et le système conformes à l'invention. Le char, c'est-à-dire le canon 50, tire un projectile 52 Le calculateur de conduite de tir équipant le canon 50 a préalablement calculé une trajectoire théorique 54 destinée à amener le projectile 52 sur l'objectif 70 Le projectile 52 s'écarte cependant de la -trajectoire théorique 54 et se trouve de ce fait sur la trajectoire réelle 56. La figure 2 montre que le système de projection du dispositif conforme à l'invention ou du système conforme à l'invention, projette une nappe lumineuse régulière, en l'occurrence un faisceau laser rotatif 60, autour de la trajectoire théorique 54 du projectile 52 Le faisceau laser 60 balaie également le projectile 52 Par l'intermédiaire d'une lentille montée au culot du projectile 52, un signal lumineux est transmis à un élément photosensible qui est également logé au culot du projectile 52 A partir de ces données et de la mesure de la position instantanée de l'angle de roulis, un dispositif de dépouillement installé à bord du projectile 52 détermine l'instant de déclenchement d'une charge correctrice logée à l'intérieur du projectile 52 et destinée à rapprocher le projectile 52 de sa trajectoire théorique 54 déterminée préalablement Ces mesures peuvent être répétées plusieurs fois Même à la suite de plusieurs mesures, l'écart peut être déterminé par le dispositif de dépouillement logé à l'intérieur du projectile 52. Dès que la charge correctrice montée à bord du projectile 52 est déclenchée, le projectile 52 s'écarte de sa trajectoire réelle instantanée 56 et se rapproche de la trajectoire théorique 54 via la trajectoire de correction 58 L'impact du projectile 52 se situe ainsi plus près de l'objectif 70 à atteindre Sans le déclenchement de la charge correctrice, l'impact du projectile 52 aurait eu lieu au point 80 qui est situé relativement loin de l'objectif 70. Le mouvement de rotation du faisceau laser 60 a lieu à l'intérieur du cône 62 Le cône 62 peut également représenter un faisceau lumineux de référence qui peut être pulsé Ce faisceau lumineux pulsé déclenche un compteur logé à bord du projectile pour définir ainsi un intervalle de temps qui permet l'enregistrement, à l'intérieur du projectile, du balayage dudit projectile par le faisceau laser en rotation 60 Cet intervalle de temps pourra ensuite servir à la détermination de l'angle d'écart. En raison de la vitesse élevée à laquelle peut être réalisée une orientation contrôlée ou une déflexion contrôlée du faisceau laser (le système conforme à l'invention fonctionne à une vitesse qui est supérieure d'une valeur 104 à celle des autres systèmes classiques), il est également possible de guider des projectiles tandem ou même des projectiles comportant des sous-projectiles. Dans le cas de projectiles comportant des sous-projectiles, il le système de protection 10 du dispositif conforme à l'invention est en mesure d'éclairer chacun des sous- projectiles en vue d'une orientation, de sorte que chacun de ces sousprojectiles est à même de déclencher une charge correctrice ou, le cas échéant, plusieurs charges correctrices de manière contrôlée en vue de son rapprochement de la trajectoire théorique souhaitée. En cas d'utilisation d'un système intelligent, chaque projectile, mais aussi chaque sous-projectile, peut susciter la transmission d'informations de l'émetteur installé à bord du projectile au système de projection permettant à ce dernier d'accrocher le faisceau laser, après une seule rotation, au projectile respectif ou au sous-projectile respectif On obtient ainsi une transmission d'informations au projectile par l'intermédiaire d'une modulation du faisceau laser qui suit le projectile 52. Le fonctionnement de l'élément de projection 10 du système et du dispositif conformes à l'invention étant indépendant de tout mouvement, il est possible de donner à ce système ou à ce dispositif une structure entièrement rigide, en fixant par-exemple les différents composants à l'aide de colle ou en les noyant dans un lit à base de résine époxy. En liaison avec la structure résistance aux vibrations du système de projection, on peut réaliser un montage extrêmement compact Un tel montage permet au système de projection 10, qui est lui-même mobile, de suivre sans inertie et relativement vite le dispositif de visée relié au calculateur de conduite de tir du canon 50. REVENDICATIONS 1 Dispositif de détection et mesure de l'écart de trajectoire d'un projectile, caractérisé en ce qu'il comporte a) un système de projection ( 10) placé à proximité immédiate d'un dispositif de lancement ( 50) et équipé au moins d'une source lumineuse ( 12); et d'un dispositif pour la déflexion du faisceau lumineux émis par la source lumineuse ( 12); b) un dispositif de dépouillement logé à bord dudit projectile ( 52) et équipé d'un élément récepteur photosensible; ledit dispositif de déflexion comportant au moins un, de préférence au moins deux déflecteurs acousto- optiques ( 14, 16), lesquels sont pilotés par l'intermédiaire d'un dispositif de commande ( 22, 20, 18) de manière à engendrer une émission lumineuse en nappe d'orientation autour du projectile ( 52). 2 Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chaque source lumineuse ( 12) est constituée d'un laser émettant de préférence en régime continu. 3 Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que chaque laser ( 12) fonctionne en régime impulsionnel. 4 Dispositif conforme à la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le laser ( 12) est une diode laser à semi-conducteur ou un laser à gaz ou un laser à solide pompé par une diode. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la source lumineuse ( 12), est modulée de manière que des informations puissent être transmises au projectile ( 52) à partir du système de projection ( 10). 6 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'un des deux déflecteurs ( 14) fait dévier le faisceau lumineux suivant la direction X, tandis que l'autre déflecteur ( 16) fait dévier le faisceau lumineux ou le faisceau laser suivant la direction Y de manière que des axes correspondants X, Y forment un plan qui évolue sensiblement perpendiculairement à la trajectoire du projectile. 7 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le système de projection ( 10) comporte des générateurs de signaux ( 18, 20) qui pilotent les déflecteurs ( 14, 16). 8 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 O 7, caractérisé en ce que le système de projection ( 10) comporte un microprocesseur ( 22) ou un dispositif de commande électronique ( 22) qui pilote directement les déflecteurs ( 14, 16). 9 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les composants optiques ou électroniques du système de projection sont fixés entre eux par adhérence, moulage, ou par collage. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément récepteur est conçu comme élément récepteur photosensible d'une photodiode, quiest doté notamment de plusieurs quadrants. 11 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'une lentille disposée au culot du projectile assure la projection du faisceau lumineux sur l'élément récepteur photosensible. 12 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'à l'instant du -départ du coup, le culot du projectile est protégé par une plaque de recouvrement qui se sépare du projectile après le lancement. 13 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le projectile comporte une source d'énergie. 14 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le projectile est équipé d'un dispositif de mesure de l'angle de roulis. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le projectile comporte au moins une charge correctrice qui peut être amorcée par le dispositif de dépouillement. 16 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le projectile ( 52) est équipé d'un élément émetteur qui peut transmettre des informations à un élément récepteur du système de projection ( 10). 17 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le projectile ( 52) comporte un élément récepteur à haute fréquence pour le dépouillement des informations transmises au moyen du faisceau lumineux ( 34, 60) par le système de projection ( 10). 18 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que, par un multiplexage dans le temps, des informations sont transmises à plusieurs projectiles. 19 Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'une deuxième source lumineuse engendre, de préférence en régime impulsionnel, un cône lumineux ( 62) autour de la trajectoire théorique.