Brevet FR2692094A1 — publié le 19931210

La présente invention concerne un dispositif pour le guidage optique d'un engin en autorotation dirigé vers une cible, destiné à empêcher l'axe de rotation de l'engin de s'écarter de la direction engin-cible. On connait par le brevet français 1 415 551 un dispo- sitif de guidage pour engin en autorotation, comprenant un objectif d'entrée placé à l'avant de l'engin, un modulateur placé dans le plan focal de l'objectif et solidaire de l'engin, un condenseur et un détecteur sensible au rayon- nement infrarouge émis par la cible, un circuit qui élabo- re des informations d'écart à partir du signal de sortie du détecteur et des moyens de gouverne pour corriger la trajectoire de l'engin à partir des informations d'écart. La présente invention vise un dispositif de guidage dans lequel on met à profit, comme dans le dispositif con- nu, l'autorotation de l'engin pour assurer l'analyse du champ, mais notablement simplifié par rapport à ce dis- positif connu et ne nécessitant en particulier ni modula- teur, ni condenseur. Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un détecteur infrarouge filiforme placé dans le plan focal de l'objectif d'entrée, et conformé pour être coupé au moins deux fois par des cercles centrés sur l'axe de rotation de l'engin. Dans une forme de réalisation particulière du dispo- sitif de l'invention, le détecteur est formé de deux sec- tions de courbes d'équations p= f(e) et ?= ft(e), respectivement, f(G) et ft( ) étant des fonctions monotones, c'est-à-dire toujours croissantes ou toujours décroissantes De façon préférée, le dispositif de l'invention com- prend deux détecteurs symétriques par rapport à l'axe de rotation de l'engin et comportant, chacun, un tronçon de spirale d'Archimède dont le pôle est situé sur l'axe de rotation, et qui est prolongé, depuis ce pôle, par une demi-droite. Des exemples de réalisation préférée sont décrits ci-après en référence aux dessins annexés. Dans les dessins, la fig 1 montre schématiquement la tête d'un obus doté d'un dispositif de guidage infrarouge; la fig 2 montre la forme du détecteur infrarouge, dans un premier exemple de réalisation; la fig 3 est le schéma du circuit associé au détecteur de la fig 2; la fig 4 est un diagramme des temps correspondant au schéma de la fig 3; la fig 5 montre une variante par rapport à la réalisation de la fig 2; la fig 6 montre un autre exemple de réalisation des détecteurs infrarouge. Sur la fig 1, la référence 1 désigne la tête d'un obus lancé vers une cible C et animé d'un mouvement de ro- tation de vitesse autour de son axe X-X'. A l'avant de l'obus est disposé un système d'ojec- tif transparent au rayonnement infrarouge émis par la ci- ble et dont l'axe optique est confondu avec l'axe X-X', comprenant une pupille d'entrée 2 constituant la pointe de l'obus et un objectif de focalisation 3 Dans le plan focal de l'objectif 3 sont placés des détecteurs infra- rouge sensibles au rayonnement émis par la cible Si l'on souhaite que les détecteurs soient sensibles au rayon- nement infrarouge émis par les gaz de réacteurs, on pour- ra utiliser de façon appropriée des détecteurs en In Sb pourvus d'un dispositif de refroidissement à l'azote liquide, sensibles dans la plage 4,1 4,7 eum. Supposons que l'axe X-X' de l'obus fasse un angle a avec la direction obus-cible. Du fait de l'autorotation, l'image de la cible dans le plan focal de l'objectif décrit un cercle centré sur l'axe X-X' et de rayon ?= f tgac, f étant la distance focale de l'objectif. L'angle ax étant toujours petit, on a en pratique p = f OE La connaissance du rayon p équivaut donc à cel- le de l'écart ax On détermine cet écart a ou de préféren- ce sa dérivée da/dt par rapport au temps à l'aide des détecteurs et du circuit décrits ci-après. La fig 2 montre une première forme de réalisation du détecteur. Il est prévu un détecteur filiforme, formé de deux sections de spirale d'Archimède 4 et 5 symétriques par rapport à un plan Y passant par l'axe X-X' La section 4 a la forme d'une spirale d'équation p = kg et la sec- tion détecteur 5 la forme d'une spirale d'équation k, ces deux spirales/ayant un même pôle,situé sur El'axe X-X', et s'étendant jusqu'à ce pôle. Le cercle C de rayon ? que décrit l'image de la cible dans le plan du détecteur coupe la section 4 en A et la section 5 en B A chaque révolution de rang N de l'obus, les sections de détecteur 4 et 5 produisent cha- cune une impulsion électrique IA' IB à des instants res- pectifs t A et t B séparés par un temps T, et un temps T sépare l'émission par la même section 4 de deux impulsions consécutives. Il est clair dans ces conditions que l'angle d'écart a peut être déduit de Z et T par la relation a=k V t C f T La dérivée de l'écart a est alors Aa k 1 '-n+ 1 Zn At f T 2 n les indices n n+ 1 se rapportant à la révolution au cours de laquelle sont produites les impulsions. C'est cette grandeur que l'on utilise pour la correc- tion de trajectoire de préférence à l'angle a. Le circuit représenté à la fig 3 permet de détermi- ner la dérivée ha. At Les signaux IA' IB déus des sections de détecteur 4 et 5, après passage dans/pré-amplificateurs 10, 11, sont appliqués aux entrées R et S d'une bascule 12 La sor- tie Q de la bascule 12 est donc au niveau 1 pendant le temps T Jn séparant les impulsions appliquées à la bascule comme le montre le diagramme de la fig 4 La sortie Q est reliée à une porte ET 13 recevant des signaux d'horlo- ge d'un oscillateur 14 et dont la sortie est reliée à un compteur 15. Le compteur 15 est remis à zéro par l'impulsion IB, laquelle commande en même temps l'inscription dans un registre 16 du contenu -cn du compteur 15. Le registre 16 est à cet effet commandé par le signal de sortie Q de la bascule 12. Lors de l'impulsion IB de la révolution suivante d'ordre n+ 1, le contenu N du registre 16 est transféré dans un second registre 17, également commandé par le signal la bascule et dont le contenu est transféré dans un regis- tre 20 au moment de l'impulsion IA en même temps qu'il est remis à zéro. Le signal de sortie du registre 20 est élevé au carré dans un circuit 21 et le signal représentatif de T est appliqué à un circuit diviseur 22 qui reçoit le si- n gnal issu du soustracteur 18. Le circuit diviseur 22 délivre donc un signal repré- sentatif de l'expression (Z\n+î -2 T c'est-à-dire de la dérivée S La/At Ce signal est comparé à un seuil S dans un compara- teur 23 et une impulsion de guidage G est délivrée par le comparateur, si le signal de dérivée est supérieur au seuil> et appliquée à des moyens de gouverne de l'obus, symboli- sés par le bloc 24, en vue d'une correction de trajectoi- re. Le moment auquel l'impulsion G est appliquée aux moyens de gouverne correspond au moment o l'image de la cible traverse le plan Y, plan de symétrie des sections de détecteur 4 et 5 Ce moment t G est obtenu en calculant la moyenne t =t A+ t B, cette valeur étant à déterminer G 2 pour chaque révolution - Un circuit approprié, non représenté, est prévu pour le calcul de t G Un tel circuit est à la portée de l'homme de l'art et il n'est pas utile de le décrire en détail. La fig 5 montre une variante de réalisation, procu- rant une meilleure précision pour les faibles écarts, et comprenant deux détecteurs 34 et 35 Chacun des détecteurs est composé de deux tronçons de spirale d'Archimède 34 a, 34 b et 35 a, 35 b, ayant un pôle commun situé sur l'axe de rotation de l'engin, seuls les tronçons 35 a et 35 b du dé- tecteur 35 s'étendant jusqu'à ce pôle. Les tronçons périphériques 34 a, 34 b sont identiques aux sections de détecteur 4, 5 de la fig 5 et correspon- dent à une phase d'acquisition de la cible Les tronçons centraux 35 a, 35 b servant pour la poursuite répondent à des équations ?= k'C et ? = k', le coefficient k' étant nettement plus petit que le coefficient k précité des sections de détecteur 34 a, 34 b (ou 4, 5), de manière que pour un écart donné, c'est-à-dire pour un rayon donné, l'arc 2 @ défini par A et B soit beaucoup plus grand. Dans la réalisation représentée, on a choisi k' = k/4. Dans ce cas, il suffit d'incorporer au circuit de la fig 3 un dispositif multiplicateur supplémentaire clas- sique, ainsi qu'un commutateur pour/Sors du passage du détecteur 34 au détecteur 35, le rapport tn+î - T 2 n soit multiplié, à la sortie du circuit diviseur 22, par k 1 r et non plus par k T f f La fig 6 montre une forme de réalisation dans laquel- le il est prévu deux détecteurs 44, 45, symétriques par rapport à l'axe de rotation de l'Engin et comportant, chacun, un tronçon de spirale d'Archimède 44 a, 45 a, dont le pâle est situé sur l'axe de rotation, et qui est pro- longé,depuis ce pôle, par une demi-droite 44 b, 45 b, s'éten- dant dans le plan de symétrie Y, défini ci-dessus, des spirales 44 a, 45 a; de préférence, comme représenté, du côté du premier arc de 1800 du tronçon de spirale cor- respondant L'un des deux détecteurs se déduit de l'autre par rotation de 1800 autour de l'axe de rotation A cha- que révolution, les deux détecteurs produisent chacun une paire d'impulsions relatives respectivement au tronçon de spirale 45 a, 44 a et à la demi-droite 45 b, 44 b Ainsi, on double la cadence d'informations et on améliore par conséquent la précision Pour l'exploitation des informa- tions fournies par les détecteurs de la fig 6, le cir- cuit de la fig 3 reste approprié, sous réserve qu'on incorpore une paire de pré-amplificateurs supplémentaires, lés quatre pré- amplificateurs étant alors branchés deux à deux en parallèle sur les deux entrées de la bascule 12. Revendications. I. Dispositif pour le guidage optique d'un engin en autorotation dirigé vers une cible, caractérisé par le fait qu'il comprend un objectif d'entrée placé à l'avant de l'engin et dont l'axe optique est confondu avec l'axe de rotation de l'engin, au moins un détecteur infrarouge filiforme sensible au rayonnement infrarouge de la cible, placé dans le plan focal de l'objectif, le dit détecteur étant conformé pour être coupé au moins deux fois par des cercles centrés sur l'axe de rotation de l'engin, un cir- cuit élaborant des informations d'écart à partir des signaux de sortie du détecteur, et des moyens de gouverne pour corriger la trajectoire de l'engin à partir de ces informations d' écart. 2. Dispositif selon la revendicationl,caractérisé par le fait que le détecteur comporte deux sections de courbes d'équationsrespectives p = f(e) et P = f'(G)t f(e) et f'(e) étant des fonctions monotones. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'uredes dites sections est une section de spirale d'Archimède. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'autre des dites sections est une sec- tion de spirale d'Archimède. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les deux sections de spirales d'Archimède s'étendent jusqu'à leur pôle commun, situé sur l'axe de rotation de l'engin. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'autre des dites sections est une demi- droite. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la section de spirale d'Archimède et la demi-droite s'étendent toutes deux jusqu'au pôle de la section de spirale d'Archimède, situé sur l'axe de rota- tion de l'engin. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il est prévu deux détecteurs symétriques par rapport à l'axe de rotation de l'engin et comportant chacun, une section de spirale d'Archimède dont le pôle est situé sur l'axe de rotation de l'engin, et qui est prolongée, depuis ce pôle, par une demi-droite. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que chaque demi-droite prolonge la section de spirale correspondante du côté du premier arc de 1800 de cette spirale. 10. Dispositif selon l'une des revendications 4 et , caractérisé par le fait qu'il est prévu un détecteur périphérique comportant deux sections de spirales d'Archi- mède d'équations p 'kj( 0)( et un détecteur central comportant deux sections de spirales d'Archimède s'éten- dant jusqu'à leur pôle commun, situé sur l'axe de rotation de l'engin, d'équations P = k'J( 9)j avec k'