Brevet FR2733326A1 — publié le 19961025

La présente invention concerne un système pour déterminer la position et l'angle de roulis d'un mobile. Quoique non exclusivement, elle est particulièrement bien appropriée à la localisation et au guidage de missiles, notamment des missiles entraînés en rotation. Pour guider un missile animé d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal, par rapport à un axe de référence, par exemple la ligne de visée d'un système d'arme ayant lancé ledit missile, on actionne des dispositifs de pilotage, par exemple des impulseurs latéraux à générateur de gaz, des intercepteurs de jet ou des gouvernes, pendant des durées appropriées et à des instants déterminés, c'est- à-dire pour des positions déterminées desdits dispositifs de pilotage par rapport audit axe de référence. Par conséquent, il est nécessaire, pour effectuer le guidage d'un tel missile, de connaître: - d'une part, la position du missile par rapport audit axe de référence; et - d'autre part, l'angle de roulis du missile, permettant de déterminer la position desdits dispositifs de pilotage agencés à des endroits déterminés sur ledit missile. Généralement, la détermination de la position et la détermi- nation de l'angle de roulis sont effectuées indépendamment l'une de l'autre. De nombreuses méthodes sont connues pour déterminer la position d'un mobile par rapport à un axe de référence, comme par exemple celle divulguée par le brevet FR-2 583 523 de la demanderesse. La détermination de l'angle de roulis est généralement plus difficile à mettre en oeuvre et elle nécessite souvent des moyens auxiliaires coûteux. De façon connue, l'angle de roulis peut être déterminé par une mesure effectuée à bord du missile, par exemple une mesure inertielle. Toutefois, une telle solution nécessite d'embarquer un matériel coûteux, sophistiqué et généralement fragile. C'est pourquoi les mesures nécessaires à la détermination de l'angle de roulis sont généralement effectuées à partir du sol, notamment pour des missiles à coût réduit. A cet effet, une solution connue préconise d'agencer sur ledit missile un dispositif optique comportant un cata- dioptre et un polariseur et d'illuminer ce dispositif15 optique à partir du sol. Le rayonnement réfléchi par ledit dispositif optique est ensuite détecté au sol et est traité de manière à en extraire l'angle de roulis dudit missile. Toutefois, par cette méthode, subsiste une ambiguïté de 180 sur la valeur de l'angle de roulis déterminé. Il est alors20 nécessaire de prévoir des moyens supplémentaires pour lever cette indétermination, comme par exemple ceux proposés par les brevets européens EP-0 485 292 et EP-0 628 782, ce qui augmente davantage encore le coût de mise en oeuvre de cette solution. La présente invention a pour objet de remédier à ces in- convénients. Elle concerne un système précis et à coût réduit permettant de déterminer à la fois l'angle de roulis et la position par rapport à un axe de référence d'un mobile. A cet effet, ledit système comportant un détecteur optique disposé à poste fixe et susceptible de réaliser une prise d'image de l'environnement dudit axe de référence dans lequel ledit mobile est susceptible de se déplacer, est remarquable, selon l'invention, en ce qu'il comporte: - trois éléments optiques montés sur ledit mobile et suscep- tibles d'engendrer des éclats lumineux en direction dudit détecteur optique, un premier et un deuxième desdits éléments optiques formant une ligne de base étant montés de façon diamétralement opposée par rapport audit axe longitudinal et le troisième élément optique étant agencé sur une droite au moins sensiblement perpendiculaire à cette ligne de base passant par ledit axe longitudinal; et - un calculateur relié audit détecteur optique et suscepti- ble de déterminer la position et l'angle de roulis dudit mobile à partir de la position desdits éléments optiques dans une prise d'image réalisée par ledit détecteur optique captant lesdits éclats lumineux, ledit angle de roulis correspondant à l'angle entre ladite ligne de base et un axe d'un repère de référence déterminé, l'ambiguïté de 180 sur ledit angle de roulis étant levée par la position du troisième élément optique, et la position dudit mobile par rapport audit axe de référence étant obtenue à partir de la projection de la position dudit troisième élément optique sur ladite ligne de base. Ainsi, grâce à l'invention, on peut déterminer simultané- ment, à partir d'une seule prise d'image, la position par rapport audit axe de référence et l'angle de roulis dudit mobile. De plus, la mise en oeuvre de l'invention est peu coûteuse, puisque l'essentiel des éléments du système conforme à l'invention, excepté bien entendu les éléments optiques, existent déjà sur un système de guidage de mobile, auquel le35 système conforme à l'invention est généralement associé. De façon avantageuse, lorsque ledit mobile comporte quatre ailettes uniformément réparties sur sa périphérie, comme c'est le cas pour de nombreux types de missiles, on agence les éléments optiques aux extrémités radialement externes respectivement de trois desdites ailettes. Un tel agencement permet d'éloigner les éléments optiques le plus possible de l'axe longitudinal du mobile et permet ainsi de protéger lesdits éléments optiques, ainsi que les éclats lumineux engendrés, contre les perturbations que pourrait engendrer une éventuelle fumée produite à l'arrière dudit mobile à proximité de son axe longitudinal lors de la propulsion dudit mobile, comme c'est le cas pour certains types de missiles. Par ailleurs, selon l'invention, les éléments optiques utilisés peuvent être réalisés avantageusement de différen- tes manières. Ainsi, dans un premier mode de réalisation, lesdits éléments optiques sont simplement des émetteurs d'éclats lumineux, par exemple des balises lumineuses, tandis que, dans un second mode de réalisation, le système conforme à l'inven- tion comporte un générateur d'éclats lumineux monté à poste fixe à proximité dudit détecteur optique et susceptible d'émettre des éclats lumineux au moins dans l'environnement dudit axe de référence, et lesdits éléments optiques sont25 des réflecteurs de lumière susceptibles de réfléchir les éclats lumineux reçus dudit générateur d'éclats lumineux. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des réfé- rences identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre de façon schématique le système conforme à l'invention associé à un mobile. La figure 2 représente une prise d'image montrant le mobile et permettant d'illustrer la mise en oeuvre de l'invention. Le système 1 conforme à l'invention et représenté sur la figure 1 est destiné à déterminer en continu l'angle de roulis, ainsi que la position par rapport à un axe de référence OX, d'un mobile 2, en l'occurrence d'un missile. L'axe de référence OX représente par exemple la ligne de visée d'un système d'arme non représenté, par exemple un système anti-char, équipé du système 1 conforme à l'inven- tion et pointé sur une cible non représentée devant être atteinte par ledit missile 2. Les données déterminées par le système 1 et fournies au système d'arme peuvent notamment être utilisées pour élabo- rer des ordres de guidage destinés à guider le missile 2 le long dudit axe de référence OX. Selon l'invention, ledit système 1 comporte: - un détecteur optique 3 monté à poste fixe, par exemple dans ledit système d'arme; - un calculateur 4 relié audit détecteur optique 3 par une liaison 5; - un générateur 6 d'éclats lumineux 7 monté à poste fixe, à proximité dudit détecteur optique 3, par exemple également dans ledit système d'arme; et trois éléments optiques 8, 9, 10 montés sur ledit missile 2. Lesdits éléments optiques 8, 9 et 10 représentent des réflecteurs de lumière qui sont agencés selon l'invention de manière particulière sur ledit missile 2, à savoir plus précisément:30 - les éléments optiques 8 et 9 sont agencés de façon diamé- tralement opposée par rapport à l'axe longitudinal L-L dudit missile 2 de forme cylindrique, lesdits éléments optiques 8 et 9 définissant une ligne de base LB représen- tee sur la figure 2 et précisée ci-dessous; et - l'élément optique 10 est agencé sur une perpendiculaire PE à ladite ligne de base LB passant par ledit axe longitudi- nal L-L. Lesdits éléments optiques 8, 9 et 10 sont destinés à réflé- chir, en direction du détecteur optique 3, les éclats lumineux 7 reçus dudit générateur 6. Lorsque le missile 2 comporte quatre ailettes 11 uniformé- ment réparties sur sa périphérie, on agence de préférence lesdits éléments optiques 8, 9 et 10 aux extrémités radiale- ment externes 11A de trois desdites ailettes 11, tel que représenté sur la figure 1. Ceci permet d'éviter que de la fumée F, ou éventuellement une flamme, produite lors de la propulsion à l'arrière du missile 2, à proximité de l'axe L-L, ne perturbe lesdits éclats lumineux 7, avant et/ou après leur réflexion sur les éléments optiques 8, 9 et 10. Lesdits éclats lumineux 7 émis par le générateur 6 et réfléchis par les éléments optiques 8, 9 et 10 sont détectés par le détecteur optique 3. A cet effet, ledit détecteur optique 3, qui représente par exemple une caméra visible ou infrarouge, comporte de façon connue: - une matrice plane 12 d'éléments photosensibles 13, par exemple du type à transfert de charge, qui est perpendi- culaire à l'axe de référence OX; - une optique 14 susceptible de former sur ladite matrice 12 l'image de l'environnement dudit axe de référence OX; et - un moyen électronique 15 relié par une liaison 16 à ladite matrice 12 et susceptible de réaliser des prises d'image PI dudit environnement. Dans un premier mode de réalisation non représenté, ledit générateur 6 illumine en continu lesdits éléments optiques 8, 9 et 10, ce qui permet d'effectuer une prise d'image à tout instant, puisque les éléments optiques 8, 9 et 10 réfléchissent alors en continu la lumière reçue. Toutefois, de préférence, dans un second mode de réalisa- tion, on prévoit une synchronisation entre la génération des éclats lumineux 7 par le générateur 6 et la prise d'image par l'électronique 15. A cet effet, le système 1 comporte une unité de commande 17 qui est reliée par l'intermédiaire de liaisons 18 et 19 respectivement au générateur 6 et à l'électronique 15 et qui commande simultanément ces derniers. Ladite unité de commande 17 peut en particulier: - soit être actionnée par un utilisateur du système 1 conforme à l'invention, lorsque celui-ci souhaite conna - tre la position et l'angle de roulis du missile 2; - soit comporter une horloge qui actionne ladite unité de commande 17 à intervalles de temps réguliers. Les éclats lumineux 7 captés par le détecteur optique 3 sont susceptibles d'activer les éléments photosensibles 13 de la25 matrice 12, et donc de pouvoir être repérés sur une prise d'image PI. Selon l'invention, le calculateur 4 détermine l'angle de roulis et la position du missile 2, à partir de la position desdits éléments optiques 8, 9 et 10 dans une telle prise30 d'image PI, comme représenté sur la figure 2. A cet effet, on détermine sur ladite prise d'image PI un repère de référence OYZ défini dans le plan de la matrice 12 et tel que: - l'axe OY correspond à la ligne de base LB passant par les éléments optiques 8 et 9 sur une prise d'image du missile 2, lorsque ce dernier ne présente aucun roulis; et - l'axe OZ est perpendiculaire à l'axe OY. Par conséquent, selon l'invention, pour déterminer l'angle de roulis du missile 2, on détermine sur la prise d'image PI l'angle 0 entre ledit axe OY et la ligne de base LB définie par les éléments optiques 8 et 9. L'indétermination de 180 qui existe alors pour l'angle de roulis est levée par la position de l'élément optique 10, par rapport à cette ligne de base LB. On remarquera que, pour bien expliciter et illustrer la position desdits éléments optiques 8, 9 et 10, on a égale- ment représenté sur la figure 2, en trait continu, le corps du missile 2 vu de l'arrière et les ailettes 11, bien que ces éléments ne soient généralement pas visibles sur une telle prise d'image, seuls les éléments optiques 8, 9 et 10 apparaissant en réalité. En outre, pour déterminer la position du missile 2 par rapport à l'axe de référence OX qui est perpendiculaire au plan de la prise d'image PI et qui passe par le point O représenté, on détermine la distance D entre ledit point O et l'axe longitudinal L-L du missile 2, indiqué par un point P sur la prise d'image PI. Ledit point P correspond à la projection de l'élément optique 10 sur la ligne de base LB (suivant la perpendiculaire PE). La position dudit point P dans le repère de référence OYZ indique donc la position recherchée du missile 2 par rapport à l'axe de référence OX. Bien entendu, dans le cas o le plan formé par les trois détecteurs optiques 8, 9 et 10 sur le missile 2 est paral- lèle au plan de la matrice 12 du détecteur optique 3, ce point P correspond au centre des éléments optiques 8 et 9, tel que représenté. Ainsi, grâce à l'invention, on peut déterminer de manière simple, efficace et simultanée la position et l'angle de roulis 0 du missile 2. De plus, la mise en oeuvre de l'invention est peu coûteuse, puisque l'essentiel des éléments du système 1 existent déjà sur un système de guidage de missile auquel le système 1 est généralement associé. Ainsi, seuls les éléments optiques 8, 9 et 10, par exemple de simples miroirs, sont à monter de façon spécifique et sont perdus après la mise en oeuvre de l'invention. Dans un autre mode de réalisation non représenté, les éléments optiques sont des émetteurs individuels émettant des rayonnements susceptibles d'être captés par le détecteur optique 3. Ces émetteurs peuvent émettre, soit en continu, soit à des instants déterminés. Dans ce dernier cas, il est nécessaire de prévoir une synchronisation, par exemple du type radioélectrique, entre lesdits émetteurs et l'électro- nique 15 effectuant les prises d'image. Comme indiqué précédemment, les données calculées par le système 1 peuvent être utilisées pour guider le missile 2. Ainsi, les éclats lumineux 7 servent non seulement à la localisation, mais encore à la télécommande du missile 2 à partir du poste de tir et de guidage 3, 4, 6, 17. Notamment, la présente invention est particulièrement bien adaptée pour30 déterminer les ordres de guidage d'un missile entraîné en rotation et dont le guidage est mis en oeuvre par des dispositifs de pilotage non représentés, par exemple des impulseurs latéraux à générateur de gaz ou des gouvernes, agencés à la périphérie du missile et activés pendant des durées appropriées, à des instants déterminés en fonction de la position et de l'angle de rotation, c'est-à-dire l'angle de roulis, du missile, donc en fonction des données détermi- nées par la présente invention. REVENDICATIONS 1. Système pour déterminer l'angle de roulis (0), ainsi que la position par rapport à un axe de référence (OX), d'un mobile (2) présentant un axe longitudinal (L-L), ledit système (1) comportant un détecteur optique (3) disposé à poste fixe et susceptible de réaliser une prise d'image (PI) de l'environnement dudit axe de référence (OX) dans lequel ledit mobile (2) est susceptible de se déplacer, caractérisé en ce qu'il comporte: - trois éléments optiques (8, 9, 10) montés sur ledit mobile (2) et susceptibles d'engendrer des éclats lumineux (7) en direction dudit détecteur optique (3), un premier et un deuxième desdits éléments optiques (8, 9) formant une ligne de base (LB) étant montés de façon diamétralement opposée par rapport audit axe longitudinal (L-L) et le troisième élément optique (10) étant agencé sur une droite au moins sensiblement perpendiculaire (PE) à cette ligne de base (LB) passant par ledit axe longitudinal; et -un calculateur (4) relié audit détecteur optique (3) et susceptible de déterminer la position et l'angle de roulis (4) dudit mobile (2) à partir de la position desdits éléments optiques (8, 9, 10) dans une prise d'image (PI) réalisée par ledit détecteur optique (3) captant lesdits éclats lumineux (7), ledit angle de roulis (4) correspon- dant à l'angle entre ladite ligne de base (LB) et un axe (OY) d'un repère de référence déterminé (OYZ), l'ambiguïté de 180 sur ledit angle de roulis étant levée par la position dudit troisième élément optique (10), et la position dudit mobile (2) par rapport audit axe de réfé- rence (OX) étant obtenue à partir de la projection de la position dudit troisième élément optique (10) sur ladite ligne de base (LB). 2. Système selon la revendication 1, ledit mobile (2) comportant quatre ailettes (11) uniformément réparties sur sa périphérie, caractérisé en ce que lesdits éléments optiques (8, 9, 10) sont agencés aux extrémités radialement externes (11A) respectivement de trois desdites ailettes (11). 3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits éléments optiques sont des émetteurs d'éclats lumineux. 4. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur (6) d'éclats lumineux (7) monté à poste fixe à proximité dudit détecteur optique (3) et susceptible d'émettre des éclats lumineux (7) au moins dans l'environnement dudit axe de référence (OX),15 et en ce que lesdits éléments optiques (8, 9, 10) sont des réflecteurs de lumière susceptibles de réfléchir les éclats lumineux (7) reçus dudit générateur (6).