Brevet FR2715476A1 — publié le 19950728

La présente invention concerne le recalage de position d'un aéronef piloté et équipé d'un système de navigation et d'un radar de pointe avant avec un mode de fonctionnement de télémétrie du sol activable par le pilote après visée et désignation d'un repère au sol. En phase de navigation ou d'approche d'une cible, un avion a besoin de recaler avec précision sa position par rapport au géolde terrestre ou à la cible. Actuellement, cela se fait à l'aide du radar de pointe avant de l'avion que l'on fait fonctionner dans un mode spécial dit de télémétrie air/sol. Dans ce mode de fonctionnement, on impose au faisceau du radar une direction quasi fixe alignée avec l'axe de progression de l'avion, c'est-àdire avec un angle circulaire nul ou très faible tenant compte du dérapage et du vent mesuré et avec un angle d'élévation légèrement négatif pour viser le sol. Le pilote dispose d'un viseur avec un réticule de désignation quasi fixe rappeiant la direction de pointage du faisceau radar. Pour effectuer un recalage de position, il pique sur un point de repère au sol, amer ou cible, de manière à amener dessus le réticule de désignation puis valide à la volée une mesure de télémétrie qui donne la distance de l'écho de sol par rapport à l'avion. La connaissance de l'orientation et de la distance du point visé au sol par rapport à l'avion et des coordonnées du point de repère sensé lui correspondre permet au système de navigation de l'avion de se recaler. Dans la pratique, la mesure de distance du repère au sol est entachée d'une erreur importante pouvant atteindre la centaine de mètres car elle se fait sous un angle de site faible. II en résulte un manque de précision du recalage de position préjudiciable, notamment aux conduites de tir air/sol d'armements non guidés. La présente invention a pour but une télémétrie conduisant à une précision de recalage améliorée. Elle a pour objet un procédé de télémétrie air/sol pour le recalage de position d'un aéronef équipé d'un système de navigation, d'un radar, d'un viseur avec un réticule de désignation repérant la direction du faisceau radar et d'une commande de désignation permettant au pilote de confirmer le pointage effectif du réticule de désignation sur un repère au sol comportant: une étape initiale de veille au cours de laquelle le faisceau du radar est orienté dans une direction d'attente correspondant pour le réticule de désignation à une position de repos dans le champ du viseur et une étape de visée au cours de laquelle le pilote amène le réticule de désignation en coïncidence dans son viseur avec un repère au sol et actionne la commande de désignation pour valider la visée. Ce procédé de télémétrie est remarquable en ce qu'il comporte à la suite de l'étape de visée. une étape de poursuite inertielle au cours de laquelle le faisceau du radar reste pointé sur le repère désigné au sol, cela dans les limites de sa plage de débattement angulaire, et pendant laquelle au moins une mesure de télémétrie radar est faite en un instant où les erreurs attendues dues aux conditions de mesure sont minimales. Avantageusement, plusieurs mesures successives de télémétrie ont lieu au cours de l'étape de poursuite inertielle, lesdites mesures étant compensées du mouvement de l'aéronef, pesées avec des coefficients de fiabilité fonction des importances attendues de l'erreur dû à l'angle de site et de l'erreur d'asservissement de pointage du faisceau radar, et combinées pour en déduire une estimation optimale de la localisation de l'aéronef par rapport au repère au sol. Avantageusement, le pilote dispose d'une commande de correction de l'orientation du faisceau du radar lui permettant, au cours de la poursuite inertielle, tant que le réticule de désignation n'est pas sorti de son viseur, d'affiner le pointage du réticule de désignation sur le repère au sol. Grâce à l'étape de poursuite inertielle, la mesure de télémétrie peut se faire sous un angle de site important en dehors du champ du viseur et donc être plus précise. L'invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé précité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel: - une figure 1 est un schéma illustrant la configuration d'un viseur tête haute utilisé pour une télémétrie airlsol; - une figure 2 est un schéma illustrant les conséquences d'une erreur de pointage en site sur la précision d'une mesure de distance; - une figure 3 est un schéma illustrant le déroulement d'un procédé classique de télémétrie air/sol pour recalage de position effectué depuis un aéronef évoluant à basse altitude; - une figure 4 est un schéma illustrant le déroulement du procédé de télémétrie air/sol pour recalage de position conforme à l'invention effectué depuis un aéronef évoluant à basse altitude; et - une figure 5 est un schéma illustrant l'architecture générale d'un dispositif de mise en oeuvre de l'invention à bord d'un aéronef. Pour effectuer une télémétrie air/sol à l'aide de son radar de pointe avant, le pilote d'un aéronef dispose d'un viseur tête haute. Ce viseur se présente, comme représenté à la figure 1, sous la forme d'un écran transparent en superposition avec le paysage orienté vers l'avant et dans l'axe de l'avion, et couvrant environ vingt degrés en site et en azimut. Sur cet écran sont projetés différents symboles dont entre autres une ligne d'horizon artificiel 1 permettant en liaison avec les barres d'attitudes 2 d'apprécier le roulis et le tangage de l'avion, une échelle de cap 3 placée au centre du bord supérieur, un réticule mobile 4 repérant la direction du vecteur vitesse de l'aéronef et un réticule de désignation 6 matérialisant la direction visée par le radar en mode de télémétrie air/sol, direction qui est en règle générale orientée en gisement dans l'axe de l'avion avec une éventuelle correction du dérapage et du vent mesuré, et en site avec un angle constant négatif pour viser le sol. Lors d'une télémétrie air/sol en vue d'un recalage de position sur un repère au sol 7, amer ou cible, le pilote doit modifier l'attitude de l'aéronef pour que le réticule de désignation coïncide avec le repère au sol puis confirmer la désignation du repère au sol au moyen d'un bouton de commande pour mémoriser la distance mesurée et la direction visée. Deux modes de recalage par désignation sont couramment utilisés: -le mode piqué dans lequel le réticule de désignation est positionné à site faible sur le viseur et donc proche du vecteur vitesse de l'aéronef. Dans ce mode, L'aéronef est assez haut, en moyenne altitude et pique vers le repère au sol, généralement une cible. La désignation se fait alors en piqué à une distance de plusieurs kilomètres pour limiter la vulnérabilité de l'aéronef aux moyens de défense de la cible. L'erreur de mesure de distance est importante car la désignation se fait à grande distance - le mode ratissage dans lequel le réticule est positionné à site plus important vers le bas. Dans ce mode, plutôt utilisé à basse altitude L'aéronef est en palier et la désignation se fait à la volée avec un défilement important du point de repère dans le viseur. L'erreur de mesure est également importante du fait de la difficulté de la visée et de l'angle de site faible. On montre en effet que l'erreur sur la mesure de distance présente une composante non négligeable qui est proportionnelle à l'inverse de la tangente de l'angle de site. Pour s'en convaincre, on peut se rapporter à la figure 2 qui représente un repère au sol O et, au dessus de lui, à une certaine distance un aéronef A. L'aéronef A voit le repère au sol O sous un angle de site -S et se projette en A' sur la direction horizontale passant par le repère au sol O. La distance AA' représente l'altitude relative H de l'aéronef et la distance A'O la distance horizontale séparant l'aéronef du repère au sol. En essayant de pointer son radar sur le repère au sol O, le pilote commet une erreur d'angle de site dS due à la fois aux imprécisions de la visée et aux différents biais dans la détermination du site du faisceau radar (harmonisation, aberrations du radôme, etc...). Pour apprécier les conséquences de cette erreur d'angle de site sur la précision de la mesure de distance, on peut écrire: H et dériver les deux termes de cette relation. II vient: (l+tg2S)ds=dH D-dD H D'où: dD dHDl+l2SdS D ce qui s'écrit encore: dD dH ~ dS D H tgS Lorsque l'angle de site est faible, I'influence du terme en dSltgS est prépondérante et l'on peut écrire: dD , dS D tgS Pour une erreur d'angle de site de quelques milliradians, L'erreur relative de mesure de distance atteint déjà quelque pour-cent pour un angle de site de moins de 0,26 radian (15 ) ce qui est considérable par rapport au pourcentage d'erreur résultant directement du traitement du signal radar. On propose un nouveau mode de recalage de position sur un repère au sol mettant en oeuvre une télémétrie radar air/sol avec visée et désignation qui d'une part facilite la visée et qui d'autre part réduit l'erreur de mesure de distance due à l'angle de site. Dans ce mode de recalage, la désignation du repère au sol qui se fait à la volée lorsque la direction du faisceau radar intercepte le repère au sol n'est plus utilisée pour valider la mesure de distance mais pour enclencher une poursuite inertielle du faisceau du radar sur le repère au sol. Cette poursuite inertielle a différents avantages. Elle permet tout d'abord de pointer le faisceau du radar sur le repère au sol avec des valeurs élevées d'angle de site hors du champ du viseur pour lesquelles la précision de mesure de distance est bonne. Elle prolonge ensuite la durée de pointage du faisceau du radar sur le repère au sol par rapport à celle obtenue avec une simple interception. Cela donne un délai supplémentaire au pilote qui peut affiner sa visée tant que le réticule de désignation reste dans le champ du viseur accroché au repère au sol ou à son voisinage et autorise la prise de plusieurs mesures successives de télémétrie qui peuvent alors être combinées pour améliorer la précision du recalage. Dans ce nouveau mode de recalage de position par télémétrie radar, le faisceau du radar est d'abord pointé dans une direction fixe qui, pour profiter au maximum du champ du viseur est choisie proche du vecteur vitesse de l'aéronef. Lorsque le pilote aperçoit le repère au sol, il réalise sur son viseur la coïncidence même grossière du réticule de désignation avec le repère au sol, puis effectue une désignation. Le radar est alors maintenu pointé sur le repère au sol dans les limites de débattement de son faisceau grâce à une poursuite inertielle entreprise sur les indications du système de navigation de l'aéronef. Le pilote peut alors affiner le pointage tant que la direction du point visé reste dans son viseur en jouant sur une commande agissant sur l'orientation du faisceau du radar. La télémétrie est réalisée en continu depuis la désignation alors que la direction de pointage du radar s'écarte de l'axe du viseur jusqu'à sortir de son champ et cela, jusqu'aux limites de débattement mécaniques ou électriques du système d'orientation du faisceau radar. Les mesures de télémétrie obtenues pendant la durée du pointage inertiel du radar sur le point de repère depuis le dernier affinage du pointage sont alors compensées du mouvement de l'aéronef, pesées avec des coefficients de fiabilité tenant compte des importances attendues des causes d'erreur: faiblesse de l'angle de site, traînage de l'asservissement de pointage du faisceau du radar, et combinées pour en déduire une estimation optimale de la localisation de l'aéronef. Ce procédé de télémétrie air/sol pour recalage de position comporte essentiellement quatre phases: - une phase de pointage débutant à l'activation du mode de télémétrie air/sol et se terminant par la désignation et le début de la poursuite inertielle, - une phase d'affinage du pointage débutant à la désignation et durant tant que le réticule de désignation reste dans le champ du viseur, - une phase de mesure débutant à partir du dernier affinage du pointage et se terminant lorsque les limites de débattement de l'antenne sont atteintes, et - une phase de calcul du recalage au cours de laquelle sont exploitées les mesures de télémétrie faites pendant la phase de mesure. La phase de pointage consiste, comme on l'a vu précédemment, à orienter le faisceau du radar dans une direction fixe proche de celle du vecteur vitesse de l'aéronef, à localiser un repère au sol, à modifier l'attitude de l'aéronef pour faire coïncider dans le viseur ce repère au sol avec un réticule de désignation matérialisant la direction du faisceau du radar et à effectuer une désignation en appuyant sur un bouton prévu à cet effet. La désignation a l'effet classique de validation de la mesure de télémétrie en cours avec mémorisation de l'instant de mesure, de l'orientation en site et gisement du faisceau du radar au moment de la mesure et de la distance de l'écho de sol. Elle a également un effet nouveau qui consiste à mettre le radar en poursuite inertielle sur le point visé et à collecter les mesures ultérieures de télémétrie effectuées au cours de la poursuite inertielle avec leurs instants de prise de mesure. La phase d'affinage de pointage, qui succède à la phase de pointage est facultative et existe dans le cas où le pilote dispose d'une commande lui permettant d'agir sur la direction de pointage du faisceau radar. Elle a lieu alors que le radar est en poursuite inertielle sur le point au sol visé à la désignation sans s'être trop écarté de sa direction de veille alors que le réticule de désignation est encore dans le champ du viseur. Elle consiste pour le pilote à ajouter au déplacement du réticule de désignation dû au mouvement de l'aéronef une correction supplémentaire destinée à parfaire l'alignement du réticule de désignation sur le repère au sol. II actionne pour cela une commande constituée d'une manette ou de boutons poussoirs agissant sur l'orientation du faisceau du radar. Bien entendu, cette correction n'est possible que tant que le réticule de désignation reste dans le champ du viseur. La phase de mesure débute après le dernier affinage du pointage. Comme cet instant n'est connu qu'après la sortie du réticule de désignation du champ du viseur, les mesures de télémétrie sont mémorisées dès la désignation tout au long de la poursuite inertielle mais seules celles faites après le dernier affinage de pointage sont utilisées. Cette phase de mesure s'achève avec la poursuite inertielle lorsque les limites mécaniques ou électriques du système d'orientation du faisceau du radar sont atteintes ou lorsque les vitesses ou accélérations angulaires demandées au système de pointage sont trop importantes ou induiraient un traînage trop préjudiciable pour la mesure. La phase de calcul du recalage consiste en l'exploitation des mesures de télémétrie mémorisées au cours de la phase de mesure et affectées d'un coefficient de fiabilité ou indicateur de confiance qui dépend de la qualité estimée de la mesure c'est-à-dire du pourcentage d'erreurs attendu en fonction des conditions de la mesure: angle de site, traînage de l'asservissement du pointage du faisceau du radar. Chaque mesure de télémétrie est constituée par: - un instant de mesure - un site radar Sr avec une incertitude a priori SSr - un gisement radar Gr avec une incertitude a priori SGr - une distance radar Dr avec une incertitude a priori SDr en repère avion. Elle est alors exprimée en repère géolocal porté par l'avion grâce aux indications de la centrale inertielle de son système de navigation et devient: - un instant de mesure - un site géolocal Sg avec son incertitude calculée SSg - un gisement géolocal Gg avec son incertitude calculée AGg - une distance géolocale Dg avec son incertitude calculée AD. Une fois exprimée en repère géolocal, chaque mesure est combinée avec la position estimée de l'aéronef à l'instant de mesure fournie par le système de navigation de l'aéronef pour obtenir la position estimée du repère au sol dans un référentiel géolocal fixe et en déduire, par comparaison avec la position connue du repère au sol, une estimation du vecteur de recalage dont il faut corriger la position de l'aéronef fournie par le système de navigation. Chaque mesure de télémétrie conduit alors à une estimation du vecteur de recalage que l'on affecte d'un coefficient de fiabilité déterminé en fonction des incertitudes liées aux conditions de mesure: angle de site, traînage de l'asservissement de pointage du faisceau du radar. On peut alors choisir de ne prendre en considération que l'estimation du vecteur de recalage affectée du meilleur coefficient de fiabilité ou bien effectuer une moyenne des estimations du vecteur de recalage en adoptant pour valeur du vecteur de recalage le barycentre de ces estimations pondérées par leurs coefficients de fiabilité. Les figures 3 et 4 montrent la différence existant entre les cinématiques de télémétrie air/sol en ratissage sans et avec poursuite inertielle du repère au sol. On distingue sur ces figures un aéronef 10 en différents points d'une trajectoire de survol en palier 11, à basse altitude, d'un amer 12 disposé sur le sol matérialisé par une ligne horizontale 13. Dans le mode usuel de télémétrie air/sol montré à la figure 3, le faisceau du radar conserve une direction fixe et balaye le sol en avant de l'aéronef à la vitesse de déplacement de celui-ci et avec un angle de site assez faible. II illumine l'amer 12 un court instant alors que l'aéronef est entre ses positions 10a, 10b. Pendant cet instant qui a la même durée que le survol de l'amer par l'aéronef, le pilote doit effectuer à la volée, une désignation validant la mesure de télémétrie. On se trouve en présence d'un défilement important de l'amer dans le viseur, par rapport au réticule de désignation qui entraîne des erreurs de visée et d'une télémétrie sous un angle de site faible qui entraîne des erreurs de mesure. Dans le nouveau mode de télémétrie air/sol montré à la figure 4, le faisceau du radar ne conserve une direction fixe, avec un angle de site assez faible que pendant la phase initiale de pointage alors que l'aéronef progresse de ses positions de 10c à 10d. Dans la position 10d, le pilote voit l'amer se profiler dans son viseur en alignement avec le réticule de désignation et effectue la désignation ce qui déclenche la poursuite inertielle du point visé au sol par le faisceau du radar. Cette poursuite inertielle entraîne l'augmentation progressive de l'angle de site du faisceau du radar jusqu'à une valeur limite coïncidant avec la fin des mesures atteinte dans la position 109 de l'aéronef. De la position 10d à 10f, le pilote voit dans son viseur le réticule de désignation défiler avec l'amer et en profite pour affiner le pointage en jouant sur une manette agissant sur la direction du faisceau du radar. A la position 10f, le pilote a terminé l'affinage du pointage soit parce qu'il est satisfait soit parce que le réticule de désignation est sorti du champ de son viseur. De la position 10f à la position 10g les mesures de télémétrie se succèdent sous un angle de site nettement supérieur à l'angle de site initial adopté pendant la phase de pointage. Dans ce nouveau mode de télémétrie air/sol, le pilote a sa visée facilitée par le fait qu'après la désignation il peut améliorer le pointage en corrigeant la position du réticule de désignation alors que celui-ci défile dans son viseur en synchronisme avec l'amer et la précision des mesures est améliorée grâce à un angle de site plus important et à la possibilité de répéter les mesures. La figure 5 illustre l'architecture générale d'un équipement installé à bord d'un aéronef pour mettre en oeuvre ce mode de télémétrie air/sol. L'aéronef dont on distingue la partie avant avec le poste de pilotage est équipé d'un système de navigation 20, d'un radar de pointe avant 21 et d'un viseur tête haute 22. Le système de navigation 20 est classique, à altimètre et centrale à inertie. II donne la position de l'aéronef par rapport à un référentiel fixe ainsi que son vecteur vitesse. Le radar 21 protégé par un radôme 23 est contrôlé par un circuit de pointage 24 et par un calculateur 25. Le circuit de pointage 24 oriente le faisceau du radar sous la commande du calculateur 25 et rend compte de cette orientation au viseur tête haute 22 sur lequel il positionne un réticule de désignation. Le calculateur 25 assure la gestion des signaux d'émission du radar 21, I'exploitation des signaux de réception du radar 21 et la commande du circuit de pointage 24. Il est en relation avec le système de navigation 20 et comporte un circuit de poursuite inertielle 26 capable sur commande de maintenir le faisceau du radar 21 orienté sur un point fixe du sol. Pour l'orientation du faisceau du radar 21 en poursuite inertielle, il répond aux sollicitations de correction d'une manette 27 qui est à la disposition du pilote dans le poste de pilotage. Le viseur tête haute 22 est de conception classique avec un écran transparent qui est placé devant le pilote, en superposition avec le paysage et sur lequel un dispositif de projection 28 vient afficher différents indicateurs relatifs à la conduite de l'aéronef dont, en phase de télémétrie air/sol, le réticule de désignation repérant la direction du faisceau du radar. REVENDICATIONS 1. Procédé de télémétrie air/sol pour le recalage de position d'un aéronef équipé d'un système de navigation (20), d'un radar (21), d'un viseur (22) avec un réticule de désignation repérant la direction du faisceau radar et d'une commande de désignation permettant au pilote de confirmer le pointage effectif du réticule de désignation sur un repère au sol comportant: une étape initiale de veille au cours de laquelle le faisceau du radar est orienté dans une direction d'attente correspondant pour le réticule de désignation à une position de repos dans le champ du viseur et une étape de visée au cours de laquelle le pilote amène le réticule de désignation en coïncidence dans son viseur avec le repère au sol et actionne la commande de désignation pour valider la visée, caractérisé en ce qu'il comporte à la suite de l'étape de visée une étape de poursuite inertielle au cours de laquelle le faisceau du radar reste pointé sur le repère désigné au sol, cela dans les limites de sa plage de débattement angulaire, et pendant laquelle au moins une mesure de télémétrie radar est faite en un instant où les erreurs attendues dues aux conditions de mesure sont minimales. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs mesures successives de télémétrie radar sont faites au cours de l'étape de poursuite inertielle, lesdites mesures étant compensées du mouvement de l'aéronef, pesées avec des coefficients de fiabilité fonction des importances attendues des erreurs dues aux conditions de mesure et combinées pour en déduire une estimation optimale de la localisation de l'aéronef par rapport au repère au sol. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, au début de l'étape de poursuite inertielle, une sous-étape d'affinage de visée qui s'étend sur la durée où le réticule de désignation qui défile avec le repère au sol désigné reste dans le champ du viseur et pendant laquelle le pilote procède à un affinage de la visée en agissant sur une commande corrigeant l'orientation du faisceau du radar. 4. Dispositif de recalage de la position d'un aéronef équipé d'un système de navigation (20), d'un radar (21), d'un viseur (22) avec un réticule de désignation repérant la direction du faisceau radar et d'une commande de désignation permettant au pilote de confirmer le pointage effectif du réticule de désignation sur un repère au sol, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens de poursuite inertielle (26) conservant le pointage du faisceau du radar sur le repère au sol dès sa désignation, et - des moyens de calcul (25) déterminant la valeur du recalage à partir des mesures de télémétrie radar prises pendant le fonctionnement des moyens de poursuite inertielle, de la connaissance a priori de la position du repère au sol désigné et de l'estimation de position de l'aéronef fournie par le système de navigation (21). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de commande (27) à la disposition du pilote pour modifier l'orientation du faisceau du radar (21) en début de fonctionnement des moyens de poursuite inertielle tant que le réticule de désignation reste dans le champ du viseur (22).