Brevet FR2731807A1 — publié le 19960920

La présente invention se rapporte aux viseurs optroniques ou appareils d'observation stabilisés gyroscopiquement pour isoler les voies optiques des divers appareils, capteurs ou détecteurs optiques qu 'ils contiennent, des mouvements perturbateurs dus aux déplacements et aux vibrations de l'élément support qui est un véhicule aérien, terreste ou marin. Les viseurs optroniques ou appareils d'observation gyrostabilisés connus comprennent un miroir d'entrée panoramique monté pivotant autour de deux axes perpendiculaires à l'axe de visée. Le miroir est asservi à un gyroscope par une liaison de rapport 1/2 autour d'un axe et par une liaison de rapport 1 autour de l'autre axe. Cette solution est satisfaisante lorsque l'on désire stabiliser un faisceau optique, elle l'est beaucoup moins s'il faut en stabiliser plusieurs lorsque leurs longueurs d'ondes différentes ne permettent pas de les superposer. L'insertion d'un miroir d'entrée stabilisé dans les trajets optiques allonge ces trajets : les pupilles réelles juxtaposées des appareils optiques ou des capteurs se trouvent par construction éloignées de ce miroir et les champs opti rapidement ques à passer font augmenter/la taille du miroir d'entrée et de la lucarne. Ceci est plus pErdbulièrement vrai stil s'agit également de stabiliser le faisceau optique d'une caméra infra-rouge dont la pupille est choisie grande pour pouvoir voir de loin la nuit. On connait des viseurs qui stabilisent non pas seulement les faisceaux optiques mais l'ensemble des appareils optiques. Ces viseurs sont aussi appelés platesformes asservies et stabilisées. Ces viseurs ou platesformes éliminent, au niveau des appareils optiques, les vi- brations de toutes fréquences provenant du véhicule porteur et nuisibles à la résolution des appareils optiques, isolent ces appareils optiques des mouvements du véhicule et permettent leur pilotage à distance, en site et en gisement. La stabilisation est assurée à partir d'un gyroscope à deux degrés de liberté dont le moment cinétique est parallèle à l'axe optique des appareils, alors que ses axes de pivote- ment sont parallèles à ceux du viseur. Les viseurs de ce type offrent des masses et des inerties relativement considérables et dans ces conditions, la stabilisation précise comme l'asservissement rapide doivent mettre un Jeu de fortes puissances. La fidélité de réponse reste néanmoins faible. C'est pourquoi d'autres viseurs comprennent un agencement dans lequel la stabilisation des viseurs est conåugree à une deuxième stabilisation intérieure du ou des appareils optiques embarqués considérés. Si cette dernière solution donne satisfaction dans la plupart des cas, elle présente l'inconvénient majeur de nécessiter une stabilisation intérieure pour chaque appareil optique. La présente invention a pour but de remédier à de tels inconvénients. Elle a pour objet à cet effet un viseur optronique du type gyrostabilisé, comportant plusieurs appareils opt > - ques, caractérisé en ce que lesdits appareils optiques sont montés de façon à constituer un seul bloc avec un gyroscope à deux degrès de liberté dont les axes de mesure sont perpendiculaires aux axes de visée desdits appareils optiques, et avec un gyromètre dont l'axe de mesure est parallèle à ces axes de visée, ledit bloc étant monté mobile autour de trois axes orthogonaux parallèles aux axes de mesure du gyroscope et du gyromètre respectivement, au moyen de dispositifs de-suspension dans un bottier dans lequel il est stabilisé autour des trois axes précités par des dispositifs moteurs-détecteurs commandés par le gyroscope et le gyromètre, ledit boîtier étant lui-même articulé autour de deux desdits axes orthogonaux qui sont parallèles aux axes de mesure du gyroscope, en position canonique. Suivant une autre caractéristique de l'invention les dispositifs moteurs-détecteurs sont montés entre le bottier et le bloc et sont reliés de façon à commander des moteurs pour piloter le bottier autour des deux axes parallèles aux axes de mesure du gyroscope suivant les déplacements du bloc autour de ses deux axes de mobilité parallèles à ces derniers. Suivant encore une autre caractéristique de l'inyention, le boîtier est monté pivotant autour d'un troisième axe parallèle à l'axe de mesure du gyromètre et est piloté par des dispositifs moteurs-détecteurs de façon à suivre les déplacements dudit bloc autour de celui de ses axes de mobilité qui est parallèle audit axe de mesure du gyromètre. De préférence on utilise comme dispositifs de suspension dudit bloc dans le boîtier des paliers magnétiques ou pneumatiques. Suivant une autre caractéristique de l'invention, lesdits paliers sont montés dans le boîtier suivant une disposition en tétraèdre. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 montre en perspective schématique, la disposition du viseur optronique et de son bloc inertiel comprenant les appareils optiques. La figure 2, est une représentation en coupe d'un palier à coussin d'air utilisé pour suspendre le bloc inertiel. La figure 3, est une représentation en coupe d'un ensemble moteur-détecteur utilisé pour positionner le bloc inertiel. La figure 4, est une vue en perspective schématique d'une variante. A la figure 1, le viseur optronique gyrostabilisé 1 suivant l'invention est constitué d'un ensemble dit "bloc inertiel" 2 constitué par un gyroscope 3, un gyromètre 4 et tous les appareils optiques nécessaires groupés soit à titre d'exemple, une caméra infra-rouge 5 pour l'observation, une caméra télévision 6 pour l'écrt ;trie missile et un (9, blocinertiel 9 laser 7 pour la télémétrie clbiel.te bloc inertiel 2 est suspendu, par des moyens décrits plus loin, à l'intérieur d'un bottier 8 de façon à pouvoir pivoter par rapport à ce boîtier autour de trois axes orthogonaux 9, 10 et 11 qui peuvent être respectivement les axes de roulis, de site et de gisement.L'axe 9 de roulis est parallèle aux axes optiques des appareils 5, 6 et 7, La liberté de débattement du bloc inertiel 2 à l'intérieur du boîtier 8 est faible, par exemple inférieure à 10 degrés. Les grands débattements angulaires autour de l'axe de site 10 et de l'axe de gisement 11 sont obtenus par pivotement autour de ces mêmes axes de l'ensemble formé par le boîtier 8 et le bloc inertiel 2 ; le boîtier 8 étant, comme on le décrira plus loin assujetti à suivre le bloc inertiel 2 dans ses déplacements. Le boîtier 8 est monté dans un cardan externe 12. Ce cardan externe 12 comprend un étrier 13a qui reçoit dans deux paliers 14a et 14b, deux tourillons 15a et 15b solidaires du boîtier 8 et alignés selon un axe 10a qui est confondu avec l'axe 10 du bloc 2, dans la position canonique. L'étrier 13a est monté pivotant dans un palier 16, autour d'un axe 17, confondu avec l'axe 11 lorsque le bloc inertiel 2 se trouve en position dite "canonique" comme représenté au dessin. Le palier 16 est rendu solidaire du véhicule (non représenté). Les débattements du boîtier 8 autour de l'axe 10 et ceux de l'étrier 13a autour de l'axe 17, permettent de dé- placer le bloc inertiel 2 et ses appareils optiques dans une direction désirée par rapport à celle du véhicule ou à maintenir ces appareils dans une direction fixe par rapport aux mouvements du véhicule. Quant aux débattements limités et relatifs du bloc inertiel 2 par rapport au boîtier 8 à l'intérieur de celui-ci, ils permettent de stabiliser finement les axes des appareils optiques. Le bloc inertiel 2 est suspendu à l'intérieur du boltier 8 de préférence par des paliers 18 magnétiques, pneumatiques ou à coussin d'air, ou autres. AÂla figure 2, on a représenté un palier à coussin d'air placé entre le bloc inertiel 2 et le boîtier 8, qui est muni d'une jupe gonflable 19 dans laquelle de l'air ou autre gaz sous pression est injecté par un raccord 20. Une fuite d'air ou de gaz est assurée entre la jupe 19 et un support 21 fixé sur le bloc inertiel 2 à suspendre. Les débattements, autour de ses axes de liberté, du bloc inertiel 2 par rapport au boîtier 8 sont limité par un évidement 22 creusé dans le support 21 et dont les parois yiennent en butée avec un joint élastique 23 porté par le paliet- 18. Quant aux débattements latéraux, un axe 24a à extrémités hémisphériques monté dans un logement 24b du palier 18 par l'intermédiaire d'un tore élastique 24c vient en butée avec une rondelle 25, logée au fond de l'évidement 22 du support 21, au delà d'une certaine course. L'axe 24a se comporte comme une bille, il roule sur des portées dures constituées par la rondelle 25 et le fond de son logement 24b. L'alimentation en air est assurée par un compresseur volumétrique à membrane ou par des bouteilles de gaz et des détendeurs tarés placés extérieurement au viseur et non représentés au dessin, Dans une forme de réalisation préférentielle, comme montré à la figure 1, le bloc inertiel 2 est suspendu dans le boîtier 8 sur quatre paliers 18 à coussin d'air disposés suivant un tétraèdre. Le gyroscope 3 est à deux degrés de liberté et il offre un axe de mesure de gisement 26 et un axe de mesure de site 27 respectivement parallèles aux axes 11 et 10. L'axe 28 de son moment cinétique est parallèle à l'axe de roulis 9 et aux axes optiques des appareils 5, 6 et 7. Ce gyroscope 3 est de préférence un gyroscope dit "à joint flexible". Les axes de mesure 26 et 27 du gyroscope 3 sont équipés chacun d'un moteur couple et d'un détecteur d'angle, non représentés au dessin. Les détecteurs donnent l'orientation dans l'espace de l'axe 28 du moment cinétique du gyroscope par rapport aux axes du bloc inertiel 2. Le gyromètre 4 offre un axe de mesure 29 perpendiculaire aux axes de mesure 26 et 27 du gyroscope et parallèle à l'axe 9. I1 détecte, après intégration, les mouvements autour de cet axe. Les sorties des détecteurs du gyroscope 3 sont ap pliquées respectivement aux entrées de deux amplificateurs 30 et 31 dont les sorties sEnt branchées aux bornes d'une paire de dispositifsmoteurs/détecteurs homologues 32a et 32b, et 33a et 33b. La sortie du détecteur du gyromètre 4, après intégration et amplification dans un amplificateur-intégrateur 34, est appliquee à une paire de dispositifs moteursdétecteurs 35a et 35b. Les dispositifs 32a > 32b, 3h3b, 35a et 35b sont des moteurs linéaires équipés également/d'un détecteur linéaire comme décrit plus loin, Ces dispositifs 32a, 32b et 33a, 33b et 35a, 35b placés entre le boîtier 8 et le bloc inertiel 2 commandent par paire l'un poussant, l'autre tirant, respectivement l'orientation autour des axes 11, 10 et 9, du bloc inertiel 2. Les informations fournies par les détecteurs linéaires des dispositifs moteurs-détecteurs 32a et 32b, après amplification dans un amplificateur 36 servent à commander un moteur 37 qui recale l'étrier 13a et le boîtier 8, autour de l'axe 17, sur la position en gisement du bloc inertiel 2. Les informations fournies par les détecteurs linéaires des dispositifs moteur-détecteurs 33a et 33b, après amplification dans un amplificateur 38, servent à commander un moteur 39 qui recale le boîtier 8 sur la position en site du bloc inertiel 2, autour de son axe 10. Pour éviter les jeux des réducteurs à engrenages des moteurs et pour gagner le maximum de place, les moteurs 37 et 39 entraînent l'étrier 13a et le boîtier 8 au moyen de pignons et de courroies souples avec armatures métalliques inextensibles. L'utilisation de deux détecteurs par axe de rotation permet, par un montage différentiel de ne détecter que les rotations du bloc inertiel 2 autour de cet axe et non un déplacement rectiligne de cet axe dans le boîtier 8. Les dispositifs moteurs-détecteuis 32a, 32b, 33a, 33b 35a et 35b sont détaillés à la figure 3. Ils sont du type à bobine 40 à air circulant dans un entrefer magnétisé ne présentant pas de couple de frottement ni de couple visqueux. Cette bobine 40 à air est guidée par des ressorts araignée 41. Les ensembles moteursdetecteunscomprennent une culasse en fer 42, magnétisée par un aimant permanent 43, et une armature mobile 44. L'armature 44 porte d'une part, deux bobines motrices 45 et d'autre part, pour former le détectueur, une bobine d'excitation 46 mobile dans une bobine captrice 47. L'armature mobile 44 transmet sa force motrice à~l'aide d'une barre flexible 48. Deux points de flexion locale 49 et 50 sont séparés par un renfort rigide 51 qui évite le flambage de la barre 48 tout en autorisant des déplacements latéraux. L'extrémité de la barre 48 est fixée au bloc inertiel 2.Cette barre 48 peut également servir de conducteur électrique Si nécessaire, Pour éviter les frottements entre le bloc inertiel 2 et le boîtier 8, les liaisons électriques peuvent être assurées par une transmission optique, en effectuant préalablement un multiplexage et une conversion des signaux électriques, comme connu en soi. Pour déplacer la visée indépendamment des mouvements du véhicule porteur, un manche de commande 52 permet d'envoyer des signaux de commande aux moteurs couple du gyroscope 3 qui précessionne et asservit dans la direction désirée le bloc inertiel 2 et les appareils optiques 5, 6 et 7, par les dispositifs moteurs-détecteurs 32a, 32b et 33a, 33b comme indiqué plus haut, le boîtier 8 étant alors assujetti à suivre les orientations du bloc inertiel 2. En variante, comme représenté à la figure 4 le boîtier 8 peut être avantageusement articulé autour d'un troisième axe 52 perpendiculaire à ses axes 10a et 17 au moyen d'un support 13b solidaire du véhicule et être assujetti autour de cet axe 52 à suivre les déplacements correspondants du bloc inertiel 2 autour de l'axe 9 par un moteur 53 commandé par les dispositifs moteurs-détecteurs 35a, 35b dont les signaux sont amplifiés par un amplificateur 54. Les informations fournies par les détecteurs linéaires des dispositifs moteurs détecteurs 35a et 35b sont utilisables par exemple pour l'asservissement de ce troisième axe 9 du cardan 12. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'S titre explicatif nullement limitatif et qu'il est possible d'y introduire des modifications de détail, sans pour autant sortir de son cadre. C'est ainsi, que le gyromètre peut être remplacé par un gyroscope dont on n'utilise qu'un seul axe de mesure ou encore que le gyroscope soit remplacé par deux gyromètres. REYENDICATIONS 1. Viseur optronique du type gyrostabilisé, comportant plusieurs appareils optiques, caractérisé en ce que lesdits appareils optiques (5, 6, 7) sont montés de façon constituer un seul bloc (2) avec un gyroscope (3) à deux de es de liberté dont les axes de mesure (26, 27) sont perpendiculaires aux axes de visée (9, 9t, 9") desdits appareils optiques, et avec un gyromètre (4) dont l'axe de mesure (29) et parallèle à ces axes de visée (9, 9?, 9fut), ledit bloc étant monté mobile autour de trois axea orthogonaux (9, 10, 11) parallèles aux axes de mesure (26, 27, 29) du gyroscope et du gyromètre respectivement, au moyen de dispositifs de suspension (18) dans un boîtier (8) dans lequel il est stabilisé autour des trois axes précités par des dispositifs moteurs-détecteurs (32a, 32b, 33a, 33b, 35a, 35b-) commandés par le gyroscope (3) et le gyromitre (4), ledit boîtier étant lui même articulé autour de deux desdits axes orthogonaux (10a, 17) parallèles aux axes de mesure du gyroscope (3), en position canonique. 2. Viseur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs moteurs-détecteurs (32a, 32b, 33a, 33b) sont montés entre le boîtier (8) et le bloc (2) et sont reliés de façon à commander des moteurs (37, 39) pour piloter le boîtier autour des deux axes (îOa, 17) parallèles, en position canonique aux axes de mesure (26, 27) du gyroscope (3) suivant les déplacements du bloc (2) autour de ses deux axes de mobilité parallèles à ces derniers. 3. Viseur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le boîtier (8) est monté pivotant autour d'un troisième axe (52) parallèle en position canonique à l'axe de mesure (29) du gyromètre (4) et est piloté par un moteur (53) commandé par les dispositifs moteurs-détecteurs (35a, 35b) de façon.à suivre les déplacements dudit bloc (2) autour de celui de ses axes de mobilité (9) qui est parallèle audit axe de mesure (29) du gyromètre. 4. Viseur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise comme dispositifs de suspension dudit bloc (2) dans le boîtier (8) des paliers (18) magnétiques ou pneumatiques. 5. Viseur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits paliers (18) sont montés dans le boîtier (8) suivant une disposition en tétraèdre. 6. Viseur suivant l'une quelconque des revendica-tions 1 à 5, caractérisé en ce que les moteurs (32a, 32b, 33a, 33b, 35a, 35b) placés entre le boîtier et le bloc inertiel (2) sont des moteurs linéaires et les détecteurs placés également entre le boîtier (8) et le bloc inertiel (2) sont des détecteurs linéaires. 7. Viseur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que chaque moteur et chaque détecteur forment un seul ensemble (32a, 32b, 33a, 33b, 35a, 35b). 8. Viseur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les liaisons électriques sont transmises optiquement entre le bloc inertiel (2) et le boîtier (8) après multiplexage et conversion des signaux électriques. 9. Viseur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le cardan (12) est solidaire d'un support (13b) articulé sur le véhicule autour d'un axe parallèle en position canonique à l'axe de mesure du gyromètre et entraîné par un moteur (53) commandé par les dispositifs moteurs-détecteurs (35a, 35b).