Brevet FR2742873A1 — publié le 19970627

L'invention concerne un dispositif pour réaliser le suivi optique d'objets mobiles, notamment d'objets volants, et la mesure de leurs trajectoires de déplacement par triangulation, comportant un nombre de couples de théo- dolites, qui correspond au nombre des objets devant être suivis simultanément, les deux théodolites de ces couples de théodolites, qui suivent l'objet associé à partir d'un emplacement de mesure éloigné de l'objet, peuvent pivoter respectivement autour d'un axe d'azimut orienté verticale- ment et d'un axe d'élévation orienté horizontalement et sont installés en des emplacements de mesure éloignés l'un de l'autre. Sous le terme théodolites, on désigne des appa- reils de mesure comportant des capteurs optiques ou opto- électroniques (optroniques), qui réalisent un suivi continu de l'objet, la ligne de visée des capteurs étant dirigée vers l'objet, et délivrent en permanence l'angle de la ligne de visée par rapport à l'objet en azimut et en éléva- tion, d'une manière rapportée à un système de coordonnées fixe prédéterminé dont les axes de coordonnées sont réciproquement perpendiculaires. Un dispositif connu de mesure et de suivi de ce type (demande de brevet allemand DE 32 44 255 A1) possède plusieurs postes de contrôle de trajectoire qui sont éloi- gnés dans l'espace et possèdent chacun respectivement un théodolite et un centre de contrôle de trajectoire, qui communiquent avec les postes de contrôle de trajectoire par l'intermédiaire d'un système de transmission d'informations et qui exploitent les données délivrées par les théodoli- tes. Pour une mesure très précise de la trajectoire de déplacement d'un objet au moyen de ce qu'on appelle la triangulation, on combine entre elles les données des deux théodolites. D'autres couples de théodolites, dirigés sur le même objet, fournissent des informations redondantes et peuvent être utilisés pour améliorer la précision de la mesure de la trajectoire. Si plusieurs objets doivent être suivis simultanément et si leurs trajectoires de déplace- ment doivent être mesurées simultanément, il faut associer à chaque objet au moins un couple de théodolites comportant deux théodolites installés dans différents postes de contrôle de trajectoire, c'est-à- dire que dans le cas du suivi simultané de deux objets, on utilise deux couples de théodolites comportant globalement quatre théodolites tra- vaillant indépendamment les uns des autres, et dans le cas du suivi de trois objets, on utilise trois couples de théo- dolites comportant globalement six théodolites travaillant indépendamment les uns des autres. Cela signifie que des erreurs, qui ne peuvent pas être compensées, des différents théodolites interviennent d'une manière multipliée de façon correspondante dans le résultat de mesure et doivent être prises en compte. De telles erreurs sont le défaut méca- nique et l'erreur d'étalonnage de chaque théodolite, l'erreur de positionnement de l'emplacement d'objets, l'erreur de distance entre le théodolite et l'objet, l'erreur de cadencement des données de mesure, etc. L'invention a pour but de perfectionner un dispo- sitif d'exécution de suivi et de mesure du type indiqué plus haut de manière à réduire l'erreur intervenant dans le résultat de mesure. Ce problème est résolu conformément à l'invention dans un dispositif du type indiqué plus haut, caractérisé en ce que les théodolites, qui sont associés à différents couples de théodolites, sont disposés de manière à pouvoir pivoter individuellement autour d'un axe d'azimut commun. Le dispositif de suivi et de mesure selon l'invention présente l'avantage consistant en ce que grâce à la réunion des théodolites, qui font partie de différents couples de théodolites pour réaliser le suivi et la mesure simultanés de plusieurs objets, sur un axe vertical ou un axe d'azimut vertical commun, permet de réduire un ensemble desdites erreurs hormis deux erreurs résiduelles qui ne peuvent pas être compensées et qui doivent encore seulement être prises en compte dans le résultat de mesure. De ce fait l'erreur de positionnement des empla- cements de mesure, qui est basée sur la mesure géodésique de l'emplacement de mesure par rapport à un système de coordonnées prédéterminé, se limite à deux erreurs rési- duelles, étant donné que seuls encore deux emplacements de mesure sont présents indépendamment du nombre des objets devant être mesurés simultanément. D'autre part, l'erreur mécanique des théodolites, qui apparaît dans le résultat de mesure et qui est provoquée par l'erreur de l'orientation de l'axe vertical d'azimut des théodolites, se réduit éga- lement à deux erreurs résiduelles, étant donné que les théodolites disposés l'un au-dessus de l'autre possèdent tous le même axe vertical et par conséquent présentent tous la même erreur d'alignement. Il en va de même pour des erreurs, qui sont dues par exemple à des sautes de vent, qui apparaissent sous l'effet d'une déviation instantanée de l'axe vertical. De même dans ce cas tous les théodolites situés sur l'axe vertical commun présentent la même erreur mécanique. Le comportement n'est pas différent pour les erreurs d'étalonnage. Étant donné que globalement seulement deux emplacements de mesure sont prévus, l'erreur d'étalon- nage unique des théodolites travaillant de façon indépen- dante sur l'axe zéro d'azimut peut apparaître seulement deux fois, et ce seulement une fois en chaque emplacement de mesure. De même les erreurs d'étalonnage influencées par l'opérateur lors de l'alignement des théodolites sur le point de référence pour l'axe de zéro d'azimut se réduisent à deux étant donné qu'un seul opérateur agit en chaque emplacement de mesure et que naturellement chaque opérateur réalise une même orientation de tous les théodolites exis- tants sur le point de référence. De même l'erreur de distance entre le théodolite et l'objet de mesure se réduit à deux erreurs résiduelles. Les erreurs de distance résultent de la courbure de la ligne de visée du théodolite en direction de l'objet de mesure sous l'effet de la réfraction, qui peut dépendre de façon variable de la température de l'air, de l'humidité, du rayonnement solaire, etc. Pour chacun des théodolites superposés au même emplacement de mesure sur l'axe vertical commun, on obtient la même erreur de distance de sorte que globalement il n'y a à prendre en considération que deux erreurs résiduelles qui ne peuvent pas être compensées, dans le résultat de mesure. Les erreurs de cadencement des données de mesure sont de ce fait limitées à deux erreurs résiduelles qui ne peuvent pas être compensées étant donné que tous les théo- dolites disposés à l'emplacement de mesure sur le même axe vertical sont activés avec le même signal de cadence de mesure, de sorte qu'aucune erreur de cadence ne peut appa- raître entre eux. Dans le dispositif de mesure selon l'invention, on peut également détecter des erreurs de différence et de synchronisation lors du mouvement de pivotement azimutal des théodolites lorsque, lors d'une mission préalable, tous les théodolites situés sur un axe vertical commun sont orientés vers un objet partant ou quittant en volant une section, à titre de test, et que l'on compare les valeurs de mesure. Dans le cas du dispositif de suivi et de mesure selon l'invention, la dépense en matériel et en logiciel du dispositif pour assumer les tâches de mesure requises est fortement réduite par la limitation, qui est associée à la réunion des théodolites sur un axe vertical commun, à deux emplacements de mesure. En outre, des éléments nécessaires de commande peuvent être encore limités à deux et également la communication entre les éléments de mesure est encore seulement limitée à deux. Conformément à une forme de réalisation avanta- geuse de l'invention, le dispositif de suivi et de mesure selon l'invention peut être réalisé de façon simple grâce au fait que chaque théodolite comporte une partie tournante en azimut, qui peut tourner autour de l'axe d'azimut com- mun, et une partie tournante en élévation, qui peut tourner sur la partie tournante en azimut autour de l'axe d'élévation, et que les parties tournantes en azimut des théodolites, qui font partie des différents couples de théodolites, sont disposées de manière à pouvoir tourner les unes par rapport aux autres sur une colonne de support orientée verticalement, les axes d'azimut étant alignés. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 montre une représentation schéma- tique d'un dispositif pour réaliser le suivi et la mesure simultanés de deux objets mobiles; et - la figure 2 montre une représentation à plus grande échelle d'un système de théodolites en tandem dans le dispositif selon la figure 1. Avec le dispositif représenté schématiquement sur la figure 1 et qui sert à réaliser le suivi et la mesure d'objets et de leurs trajectoires de déplacement, on peut suivre simultanément deux objets, ici par exemple deux mis- siles téléguidés 10, 11, et on peut mesurer de façon très précise chacune de leurs trajectoires de déplacement. Le principe de triangulation ici utilisé, selon lequel l'emplacement instantané d'objets sur sa trajectoire est déterminé au moyen d'une mesure angulaire par rapport à l'objet en azimut et en élévation à partir de deux emplace- ments de mesure 12, 13 situés à une grande distance l'un de l'autre, et par calcul trigonométrique, fournit une pré- cision nettement plus élevée que par exemple les télémètres radars connus, qui déterminent, en dehors des angles d'azimut et d'élévation, également la distance par rapport à l'objet de mesure. A chaque missile téléguidé 10, 11 est associé exclusivement un couple de théodolites, dont les deux théo- dolites 14, 15 et 16, 17 sont répartis entre les deux emplacements de mesure 12, 13. Par conséquent en chaque emplacement de mesure 12, 13 sont disposés deux théodolites 14, 16 et 15, 17, qui réalisent le suivi et la mesure res- pectivement d'un autre missile téléguidé 10 ou 11. De façon connue, chaque théodolite 14 à 17 est équipé, pour le suivi et la mesure d'un objet, d'au moins un capteur optique ou optronique 18, dont la ligne de visée reste dirigée sur le missile téléguidé associé 10 ou 11, au moyen d'un asservis- sement correspondant pendant toute la trajectoire de vol de ce missile 10 ou 11. Les lignes de visée des capteurs 18 des théodolites 14 à 17 sont représentées, schématiquement par 21 à 24 sur la figure 1 et les trajectoires de vol des deux missiles téléguidés 10, 11 sont désignées par 19 et 20. Pour l'asservissement des capteurs 18, chaque théodolite 14 à 17 peut pivoter en azimut autour d'un axe d'azimut orienté verticalement, et en élévation autour d'un axe d'élévation orienté horizontalement, chaque théodolite 14 à 17 possédant à cet effet une partie tournante en azi- mut 25 et une partie tournante en élévation 26, dont l'axe d'élévation, orienté horizontalement, est fixé sur la par- tie tournante en azimut 25. La partie tournante en élé- vation 26 porte au moins un capteur 18, qui est fixé rigi- dement à cette partie. Les angles de rotation instantanés de la partie tournante en azimut et de la partie tournante en élévation 26 sont délivrés sous la forme de données de mesure électriques. Les deux théodolites 14, 16 ou 15, 17 sont réunis en chaque emplacement de mesure 12 ou 13 pour former ce qu'on appelle un système de théodolites en tandem 27, le fait que les deux théodolites sont disposés de manière à pouvoir pivoter indépendamment l'un de l'autre et en super- position autour d'un axe d'azimut commun 40, c'est-à-dire que leurs axes d'azimut individuels peuvent être alignés entre eux. Un tel système de théodolites en tandem 27 est représenté à plus grande échelle sur la figure 2 pour les deux théodolites 14, 16 à l'emplacement de mesure 12. Le système de théodolites en tandem 27 pour les deux théodo- lites 15, 17 à l'emplacement de mesure 13 possède un agen- cement identique. Le système de théodolites en tandem 27 possède une colonne de support 28 qui est fixée verticalement de façon précise sur une plaque de support 29 solidaire du sol. L'axe de la colonne de support 28 forme l'axe d'azimut commun 40 des deux théodolites 14, 16 et fixe l'emplacement de mesure 12, qui est mesuré d'une manière très précise dans le système prédéterminé de coordonnées comportant des axes de coordonnées perpendiculaires entre eux. Les parties tournantes en azimut 25 des deux théodolites 14, 16 sont disposées de manière à pouvoir tourner l'une par rapport à l'autre dans la colonne de support 28. La partie tournante en azimut 25 du théodolite 14 est située au-dessus de la partie tournante en azimut 25 du théodolite 16. La partie tournante en élévation 26 est disposée de manière à pouvoir tourner sur chaque partie tournante en azimut 25, la possi- bilité de pivotement autour des axes d'élévation 41 dirigés transversalement par rapport à l'axe de la colonne de sup- port 28, étant égale à 180 , sans que les deux parties tournantes qui sont superposées 26 se gênent réciproque- ment. Au moins un capteur 18 est monté avec blocage en rotation sur chaque partie tournante en élévation 26 de sorte qu'il participe, sans jeu, à la rotation en azimut de la partie tournante en azimut 25 et à la rotation en éléva- tion de la partie tournante en élévation 26. Comme capteurs optroniques 18, on peut utiliser une caméra de télévision 18' ou une caméra infrarouge 18". Dans le cas du système de théodolites en tandem 27 représenté sur la figure 2, les deux théodolites sont installés et sont utilisés au choix. A chaque système de théodolites en tandem 27 est associée une unité de commande et de traitement de données (figure 1), qui contrôle et guide, par l'intermédiaire de câbles 31, le système de théodolites en tandem 27, c'est- à-dire le vérifie, l'étalonne, le règle, le corrige, l'asservit, etc., et traite les données angulaires déli- vrées par les théodolites 14, 16 et 15, 17. Étant donné que pour le calcul de la trajectoire des missiles téléguidés suivis 10, 11, les données angulaires des deux emplacements de mesure 12, 13 sont nécessaires, les unités de commande et de traitement de données 30, qui sont associées aux deux emplacements de mesure 12, 13, communiquent entre elles par l'intermédiaire d'un système de transmission d'informations 32. Chaque unité de commande et de traitement de données 30 est équipée d'une unité de commande (clavier d'entrée 33) et d'appareils d'affichage, par exemple des moniteurs 34, , sur lesquels sont représentés les missiles téléguidés , 11 et leurs trajectoires de déplacement. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réa- lisation décrit précédemment. Ainsi le nombre des objets, qui sont suivis simultanément par l'unité décrite, peut être également supérieur à deux. Dans ce cas, il faut pré- voir d'autres couples de théodolites, dont les deux théodo- lites devraient être répartis entre les deux emplacements de mesure 12, 13. Ces théodolites seraient alors également montés sur la colonne de support 28 et peuvent tourner sur cette colonne, indépendamment des deux autres théodolites. En ce qui concerne les objets suivis par le dis- positif dont la trajectoire de déplacement est mesurée, il peut s'agir d'objets volants quelconques, par exemple d'avions, de bombes, de fusées, etc. Avec le dispositif selon l'invention, on peut cependant également mesurer de la même manière des objets flottants ou circulant sur terre. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour réaliser le suivi optique d'objets mobiles, notamment d'objets volants, et la mesure de leurs trajectoires de déplacement par triangulation, comportant un nombre de couples de théodolites, qui corres- pond au nombre des objets (10,11) devant être suivis simul- tanément, les deux théodolites (14,15 ou 16,17) de ces couples de théodolites, qui suivent l'objet associé à par- tir d'un emplacement de mesure (12,13) éloigné de l'objet, peuvent pivoter respectivement autour d'un axe d'azimut (40) orienté verticalement et d'un axe d'élévation (41) orienté horizontalement et sont installés en des emplace- ments de mesure (12,13) éloignés l'un de l'autre, caracté- risé en ce que les théodolites (14,16 et 15,17), qui sont associés à différents couples de théodolites (14,16au15,17), s0 disposés mrièe à pouvoir pivoter individuellement autour d'un axe d'azimut commun (40). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que chaque théodolite (14 à 17) comporte une partie tournante en azimut (25), qui peut tourner autour de l'axe d'azimut commun (40), et une partie tournante en élé- vation (26), qui peut tourner sur la partie tournante en azimut (25) autour de l'axe d'élévation (41), et que les parties tournantes en azimut (25) des théodolites (14,16 ou 15,17)j qui font partie des différents couples de théodo- lites, sont disposées de manière à pouvoir tourner les unes par rapport aux autres sur une colonne de support (28) orientée verticalement, les axes d'azimut (40) étant ali- gnés.