Brevet FR2722280A1 — publié le 19960112

L'invention se situe dans le domaine des armes individuelles, elle concerne plus particulièrement les armes individuelles destinées au tir de précision, en particulier à longue portée, et équipées à cette fin de dispositifs de visée perfectionnés. Un dispositif connu pour lance-roquettes anti-char comporte une lunette de visée destinée à procurer un grossissement de l'image optique lointaine, des capteurs de vitesse angulaire destinés à mesurer la vitesse de rotation de l'arme, des capteurs de vitesse du vent et un télémètre. La visée avec un tel dispositif s'effectue de la façon suivante: Dans une première phase, le tireur suit la cible, cela signifie qu'il maintient le réticule de l'arme fixé sur la cible. Cette première action permet de mesurer une vitesse angulaire de déplacement de la cible. Au cours de cette phase, il est également procédé à deux mesures de la distance de la cible. Ces deux mesures séparées d'un temps connu permettent de connaître la distance de la cible et de calculer sa vitesse d'éloignement ou de rapprochement. Toutes ces données sont introduites dans un calculateur qui calcule le dépointage angulaire à donner à l'arme pour que le projectile tiré rencontre sa cible. Dans une deuxième phase, le calculateur commande des moyens de déplacement d'un miroir disposé dans les moyens optiques. Ce miroir a pour fonction de déplacer angulairement l'image vue par le tireur à travers les moyens optiques, sans déplacer le réticule. L'allumage d'une diode de signalisation prévient le tireur que l'arme est prête au tir. Dans une troisième phase, le tireur replace l'image du réticule sur l'image de la cible et tire. On voit qu'avec un tel dispositif le tir doit suivre rapidement l'allumage de la diode, car si le tir tarde trop, les données ayant servi au calcul du dépointage angulaire ne sont plus d'actualité. On voit également que du fait du déplacement brutal de l'image vue par le tireur, ce dernier doit refaire une recherche de la cible et un repointage. Cette nécessité peut conduire, lorsque plusieurs cibles semblables sont présentes sur le terrain à une confusion de cible et à un choix d'une fausse cible pour laquelle les données acquises au cours de la première phase ne sont d'aucune utilité. La présente invention a pour objet une arme individuelle équipée d'un dispositif de visée du genre de celui qui vient d'être décrit, dans lequel l'image du réticule marquant la cible et l'image comportant la cible ont un déplacement relatif insensible sans à coup, au cours de la phase de suivi de la cible, de telle sorte qu'en fin de phase de suivi, sans que le réticule n'ait jamais pour le tireur eu l'apparence de quitter la cible, la ligne de visée et l'axe de tir de l'arme soient décalés d'un angle représentant l'angle de dépointage de la cible. On rappelle que l'angle de dépointage est l'angle nécessaire entre la ligne de visée et l'axe de tir de l'arme pour qu'un projectile tiré par l'arme atteigne la cible. L'angle de dépointage prend en compte dans les conditions particulières de chaque tir, le mouvement de la cible et les facteurs influant sur la trajectoire du projectile. L'invention est donc relative à une arme individuelle comportant un canon et un dispositif de visée comportant un réticule collimaté, des moyens optiques captant une image du paysage, un point visé du paysage étant défini par la position du réticule dans l'image, des capteurs de vitesse angulaire du canon destinés à mesurer le vitesse angulaire d'une cible C sur laquelle serait maintenu ie réticule, un télémètre destiné à mesurer la distance de cette cible C et un calculateur, le calculateur étant muni d'un programme lui permettant de calculer un point d'impact d'une munition dans la cible C et recevant à cet effet les informations en provenance des capteurs de vitesse angulaire et du télémètre, le calculateur commandant des moyens de déplacement relatif de l'image et du réticule pour faire apparaître le réticule au futur point d'impact caractérisé en ce que le réticule est constitué par des moyens de constitution de traits, ces moyens étant déplaçables de façon continue ou quasi continue par des moyens électriques recevant des grandeurs électriques de commande, ces grandeurs étant commandables par le calculateur, et en ce que le calculateur est équipé d'un programme de commande des grandeurs électriques permettant de déplacer insensiblement le réticule pour l'amener au futur point d'impact et l'y maintenir. Le déplacement des moyens de constitution de trait est dit continu ou quasi continu car dans l'un des modes de réalisation qui sera décrit plus loin, les traits se déplacent de façon physiquement discontinue, la discontinuité n'étant cependant pas apparente pour l'oeil du tireur. Le déplacement des moyens de constitution de traits, constituant ensemble le réticule est dit insensible dans la mesure où il est imperceptible pour le tireur. Cela implique que le déplacement du réticule d'une position initiale à une position finale est relativement lent et progressif. Le principe général de l'invention et des variantes de réalisation seront maintenant décrits en regard des dessins annexés dans lesquels: - La figure 1 est un schéma destiné à expliquer le principe de l'invention; - Les figures 2 à 4 représentent chacune un mode de réalisation des moyens de constitution de trait; - Les figures 5 et 6 représentent une arme individuelle équipée d'un dispositif de visée selon l'invention; - La figure 7 représente les angles qui sont pris en compte pour le ralliement du réticule sur la cible; - La figure 8 est un graphique représentant deux modes de ralliement du réticule. La figure 1 représente sous forme de fonctions l'ensemble des moyens concourant à la réalisation d'une arme selon l'invention. Le dispositif comporte: - un moyen 1 de mesure de la distance de la cible. Dans la forme de réalisation qui sera décrite en relation avec la figure 5, il s'agira d'un mini-télémètre laser, solidaire de l'arme. - un moyen 2 de mesure de la vitesse de rotation du canon de l'arme, réalisable, par exemple, à l'aide de mini-gyroscopes "état solide" intégrés dans l'arme, ou par des moyens de traitement d'image en particulier lorsque le moyen optique d'acquisition de l'image extérieure est une caméra vidéo. - un moyen de mesure 3 du dévers de l'arme, par exemple, un inclinomètre ou un accéléromètre statique, solidaire de l'arme. - un moyen de mesure 4 de la vitesse et de la direction du vent, par exemple un anémomètre miniature solidaire de l'arme. - un moyen 5 destiné à alimenter un calculateur avec des données relatives au type de la munition qui va être tirée. II peut s'agir par exemple d'une mémoire morte à semi-conducteur. Les résultats des mesures réalisées par les moyens 1 à 4 alimentent un calculateur 6, qui reçoit par ailleurs les données relatives à la munition en provenance des moyens 5. Le calculateur 6 calcule en fonction des données reçues, au moyen d'un logiciel dédié, de façon périodique, la trajectoire apparente de la cible, le point d'impact de la munition et le décalage de position du réticule. Ces données de position sont transmises à un bloc de commande 7. Ce bloc de commande délivre les tensions ou courants de commande qui alimenteront des moyens de déplacement des moyens de constitutions de traits. Les moyens de constitutions de traits n'ont pas été représentés sur la figure 1. Un réticule classique 10 a été représenté sous la forme de deux traits 9, vu dans l'occulaire 8 d'une lunette de visée. Dans l'image 8 de l'occulaire, le point de croisement de deux axes perpendiculaires 11 matérialise la direction de pointage du canon de l'arme. Le point de croisement d'axe 12 matérialise l'axe de visée. Le point de croisement des axes 12 represente pour une cible se déplaçant dans la direction matérialisée par une flèche x la correction en Ax et Ay dont il faut déplacer le réticule pour que lorsque le réticule ainsi déplacé est positionné sur la cible, I'axe du canon soit décalé en avant et en général audessus de la cible de Ax et Ay respectivement. Dans le dispositif de l'art antérieur décrit plus haut, le réticule apparaît réellement décalé d'une quantité Ax, Ay et le tireur doit par un mouvement brutal rattraper le décalage ainsi révélé. Dans le dispositif selon l'invention, le réticule est déplacé en arrière et en général en-dessous de la cible de façon progressive à une cadence imperceptible à l'oeil en sorte que le tireur a toujours l'impression de suivre la cible. Le réticule atteint bien la position représentée par le croisement des axes 12 après une durée nécessc acquisition de la cible et au ralliement du réticule, mais le tireur n'a jamais eu l'impression de lâcher la cible. Des indications sur le type de calcul à introduire dans le calculateur pour obtenir ce résultat seront données pilus 'cin. La figure 2 repriser. iin premier exemple de moyens de constitution de traits. Les traits sont constitués chacun par un style 14. Les deux styles sont croisés à 90C Le plan de la figure 2 est un plan axial longitudinal de la lunette parallèle à l'un des styles et perpendiculaire à l'autre. L'un des styles 14 a donc -c:c représenté sous forme d'un trait, et le second sous forme d'un point. Chacun de ces styles est porté par un chariot porte style 15 dont un seul a été représenté. Ces chariots porte style 15 sont montés sur des vis sans fin 16. Ces vis sans fin 16 sont entraînées en rotation par des micromoteurs réducteurs 13. Les tensions de commande en provenance du calculateur commandent la rotation du moteur et donc la position des styles 14. Le point de croisement des styles 14 représente la position du réticule 10. Les deux styles 14 sont situés dans le plan image 17 d'un objectif 19 d'une lunette de visée montée de façon connue sur le fusil. Sur la figure 2, le plan image 17 a été représenté par une ligne pointillée et la lunette par un ensemble de deux lentilles, une lentille occulaire 18 et une lentille objectif 19. Dans ce cas simple l'objectif 19 est le moyen optique captant l'image du paysage. La figure 3 décrit un autre mode de réalisation des moyens de constitution de trait. Dans ce mode, les traits matérialisant le réticule 10 sont constitués par les aiguilles 20 de deux galvanomètres 21 identiques. Les aiguilles 20 sont placées pour être au repos perpendiculaires l'une à l'autre dans le plan image 17 de l'objectif 19 d'une lunette représentée sur la figure 3 également par son occulaire 18 et son objectif 19. La figure 4 décrit un mode préféré de réalisation des moyens de constitution de trait. Ces moyens sont constitués par un milieu dont les caractéristiques optiques changent en fonction de la valeur des champs électromagnétiques auxquels est soumis le milieu. Le milieu pourra être par exemple constitué, de façon connue, par des cristaux liquides disposés entre des lames transparentes, le champ étant créé par un réseau matriciel d'électrodes transparentes. La figure 4 représente un tel dispositif. II est constitué par un écran à cristaux liquide haute définition 22 placé dans le plan image 17 de l'objectif 19 d'une lunette de visée représentée par son occulaire 18 et son objectif 19. Des réseaux d'électrodes transparentes 23 placés de part et d'autre de l'écran permettent la modification locale des caractéristiques optiques des cristaux. II est ainsi possible de matérialiser des traits qui constituent ensemble le dessin du réticule 10. Par la commande des électrodes à partir du calculateur de commande 7, il est possible de déplacer le réticule de façon quasi continue pour le tireur. II est dit de façon quasi continue car en réalité le déplacement est un déplacement discontinu dont le pas est celui des réseaux matriciels d'électrodes 23. Si ce pas est assez petit, le déplacement a, pour le tireur l'apparence d'un déplacement continu. La figure 5 représente une arme individuelle, par exemple un fusil 30, équipée d'un dispositif selon l'invention réalisé selon le mode préféré. Le fusil 30 est équipé d'une lunette de visée 31 comportant un objectif 19 et un occulaire 18. La lunette comporte dans un plan image de l'objectif un écran à cristaux liquides 22 commandé par des électrodes 23. Le fusil est équipé également d'un télémètre laser 1, de capteurs de vitesse de rotation de l'arme en site et azimuth 2 et 2', un inclinomètre 3 destiné à mesurer le dévers de l'arme et d'un anémomètre 4 destiné à mesurer la vitesse relative du vent par rapport à l'arme. Les paramètres relatifs à la munition sont introduits sous forme d'une carte enfichable 5 dans un lecteur5'. Des liaisons non représentées lient les capteurs 1 à 4 et le lecteur 5' à un calculateur 6, dont un module 7 commande par des liaisons non représentées les électrodes 23, déterminant la position du réticule 10 et l'apparition d'un signe indiquant que le réticule est en position de tir. Les autres composants de l'arme connus en eux-mêmes tel le canon 32 ont été représentés sous forme simplifiée aisément reconnaissable par l'homme du métier. Dans un autre mode préféré de réalisation représenté figure 6 et adapté au tir de nuit, ia lunette est remplacée par une caméra thermique 40. Dans ce cas les moyens de constitutions de traits sont constitués par un ensemble de pixels dont le niveau de gris est commandé par le calculateur pour être en contraste avec le fond de l'image. Des indications nécessaires à la programmation du calculateur pour rallier insensiblement le réticule 10 à la cible seront maintenant données. Pour les explications qui vont suivre, on suppose que le tireur pointe une cible animée d'une vitesse constante se déplaçant à une distance constante du tireur. Après une phase initiale de poursuite de la cible par le tireur, le système décale insensiblement et progressivement le réticule en arrière de la cible. A cet instant le tireur accélère la vitesse de rotation de son arme pour maintenir le réticule sur la cible. (La vitesse de rotation arme devient supérieure à celle de la cible). Un calcul simple montre que si aucune précaution n'est prise, cette accélération apparente de la cible va être prise en compte pour calculer une position trop arrière du réticule, puis pour des raisons inverses trop avant. On sera en présence d'un mouvement oscillatoire en général amorti. II convient donc d'introduire une loi de ralliement du réticule à sa position en arrière de la cible qui évite les mouvements oscillatoires. La solution d'un tel problème est bien connue en servomécanisme, il en est donné ci-après et à toutes fins utiles un mode de traitement. La figure 7 est destinée à matérialiser les différents angles qui sont utilisés pour le calcul. On fait les hypothèses simplificatrices suivantes: 1. La cible C se déplace à une distance constante Dc du tireur A; 2. La cible est animée d'une vitesse constante (rotation). On pose: wc: vitesse de rotation cible ; wc=cte par exemple (=0,5 deg/sec) wa(t) : vitesse de rotation arme en fonction du temps ac(t): angle de rotation de la cible en fonction du temps aa(t): angle de rotation de l'arme en fonction du temps am(t): angle de rotation du réticule en fonction du temps Dc: distance cibleltireur supposée constante Tp : Temps de vol de la balle pour parcourir la distance Dc Tp est supposé constant par exemple 1 seconde. 6 : décalage angulaire entre l'angle du réticule et l'angle de l'arme [ S= arn (t) - aa (t) Dans ces conditions et selon les hypothèses: 6=-Wa(t) Tp (1) arn (t) = aa (t) + 6 (2) a, (t) = wc t + cte (3) Ceci posé, imaginons le scénario suivant représenté figure 8. 1. Le tireur repère une cible. II va ajuster sa visée en amenant le réticule sur la cible et engager une poursuite. Dans cette phase, le réticule reste au centre du viseur (il n'est pas mis à jour) mais la séquence d'acquisition de tous les paramètres est initialisée et les blocs de calculs 6 sont rapidement en mesure de visualiser le point d'impact de la balle si le tir était déclenché à cet instant. A l'issue de cette phase on a Wa (t) = Wc = cte (4) aa (t) = ac(t) = wCt + cte (5) 2. Dès que le tireur estime que la cible est bien accrochée, il en informe le calculateur en appuyant légèrement sur la queue de détente ce qui correspond à l'instant t=0 sur le graphe figure 8. Le réticule doit alors se décaler d'une quantité: si= Wa Tp = - wC Tp Pendant ce déplacement le tireur qui continue à suivre la cible avec son réticule va imprimer au fusil une vitesse de rotation accélérée. Pour éviter les mouvements oscillatoires de ralliement à la nouvelle position, le ralliement doit se faire de façon asymptotique ou tangentielle. Ce point est illustré par le graphe de la figure 8. Sur cette figure on a représenté en abscisse le temps et en ordonnée la valeur des angles, mesurés tous à partir d'un même axe d'origine arbitraire. Sur cette figure l'angle a,(t) qui représente le déplacement angulaire de la cible est représenté par une droite CC' puisque par hypothèse la vitesse angulaire de la cible est constante. L'angle que doit suivre l'axe du fusil, L'angle aa(t) correspond à un angle augmenté par rapport à szc(t) de la quantité d=wa Tp. II s'agit donc d'une droite AA' parallèle à CC' mais décalée selon l'ordonnée d'une quantité positive Af. Ce décalage sera obtenu en décalant en arrière le réticule d'une quantité négative Af. La position en phase finale du réticule est donc représentée par la droite RR'. La droite RR' est symétrique de la droite AA' par rapport à la droite CC'. A l'instant 0 qui correspond au moment où le calculateur 6 a déterminé la valeur de Af, le réticule et l'axe du canon sont alignés et l'on a â=0. Il va falloir faire croître négativement jusqu'à sa valeur Af. Cela correspond à un déplacement en arrière du réticule jusqu'à Jf. Si le déplacement est réalisé de façon telle que Af rejoigne asymptotiquement la droite RR' et si le tireur continue à maintenir le réticule sur la cible alors le canon se déplace en avant de la cible et atteint asymptotiquement la droite AA' au même instant t1. Ces déplacements du réticule et du canon sont représentés par les courbes DE et DF. On sait qu'il existe une infinité de solutions pour que DE rejoigne asymptotiquement RR'. Si l'on choisit de faire croître â de 0 à Ef selon une exponentielle alors la valeur de l'exposant déterminera la vitesse et donc le temps au bout duquel â sera pratiquement égal à Af. II conviendra de prendre une constante de temps (I'exposant de 'exponentielle) qui représente un compromis entre une transition rapide entre 0 et Af ce qui est souhaitable, et une accélération trop grande à partir de D qui risque de perturber le tireur. II est également possible de prendre des familles de courbes telles que DH qui sont tangentes à la droite CC' au point 0 et à la droite RR' en un point H. L'abscisse du point H est également fonction de la vitesse de ralliement. La courbe DG qui représente le ralliement du canon sera également tangente en D à la droite CC' et en G de même abscisse que H à la droite AA'. On aura ainsi une transition douce et exempte d'à-coup en accélération entre la position initiale et la position finale. Les explications ci-dessus sont destinées à montrer que le problème posé est soluble d'une part et à montrer les éléments conduisant à une solution possible. Les courbes DE ou DH peuvent être calculées point par point ou de préférence comme le résultat de fonctions simples. REVENDICATIONS 1. Arme individuelle (30) comportant un canon (32) et un dispositif de visée (31) comportant un réticule (10) collimaté, des moyens optiques (19,40) captant une image du paysage un point visé du paysage étant défini par la position du réticule (10) dans l'image, des capteurs de vitesse angulaire (2,2') du canon destinés à mesurer la vitesse angulaire d'une cible (C) sur laquelle serait maintenu le réticule (10), un télémètre (1) destiné à mesurer la distance de cette cible (C) et un calculateur (6,7), le calculateur (6,7) étant muni d'un programme lui permettant de calculer un point d'impact d'une munition dans la cible (C) et recevant à cet effet les informations en provenance des capteurs de vitesse angulaire (2,2') et du télémètre (1), le calculateur commandant des moyens de déplacement relatif de l'image et du réticule (10) pour faire apparaître le réticule (10) au futur point d'impact caractérisé en ce que le réticule (10) est constitué par des moyens de constitutions de traits (9,14,20,22,40), ces moyens étant déplaçables de façon continue ou quasi continue par des moyens électriques (13,21,23,40) recevant des grandeurs électriques de commande, ces grandeurs étant commandables par le calculateur (7), et en ce que le calculateur (6,7) est équipé d'un programme de commande des grandeurs électriques permettant de déplacer insensiblement le réticule (10) pour l'amener au futur point d'impact et i'y maintenir. 2. Arme individuelle (30) selon la revendication 1 caractérisée en ce que les moyens optiques captant une image de paysage sont constitués par une lunette (31) de visée comportant un objectif (19) et un occulaire (18), les moyens de constitutions de traits (14,20,22) constituant les traits dans le plan focal image (17) de l'objectif (19). 3. Arme individuelle (30) selon la revendication 2 caractérisée en ce que les moyens de constitutions de traits sont composés de deux styles (14) croisés, les moyens de déplacement de chaque style étant constitué par un micromoteur (13) électrique recevant des tensions d'alimentation commandées par le calculateur (6,7). 4. Arme individuelle (30) selon la revendication 2 caractérisée en ce que les moyens de constitutions de traits sont constitués par deux aiguilles (20) croisées, chaque aiguille (20) étant l'aiguille d'un galvanométre (21) recevant un courant d'alimentation commandé par le calculateur (7). 5. Arme individuelle (30) selon la revendication 2 caractérisée en ce que les moyens de constitutions de traits sont constitués par contraste obtenu au moyen d'un milieu transparent (22) optiquement sensible à une variation de champ électrique les moyens de déplacement des traits étant constitués par un réseau d'électrodes (23) agissant sur ie champ électrique du milieu (22) optiquement sensible, les tensions inter-électrodes étant commandées par le calculateur (7). 6. Arme individuelle selon la revendication 1 caractérisée en ce que les moyens optiques captant une image du paysage sont constitués par une caméra vidéo (40) couplée à un écran de visualisation comportant des pixels, la luminance de chaque pixel étant une fonction d'une tension affectée à un pixel et les moyens de constitution de traits étant constitués par des pixels recevant une tension commandée par le calculateur.