Brevet FR2748889A1 — publié le 19971121

La présente invention concerne la protection des appareils électriques et électroniques contre les parasites électromagnétiques et, plus particulièrement bien que non exclusivement, la protection de circuits électroniques à bord d'un missile. Le fonctionnement des systèmes électroniques à bord d'un missile peut être faussé par les parasites électromagnétiques HF incidents. Le filtrage des systèmes électroniques concourt à la protection mais n'assure pas une protection totale. Par exemple, des tronçons de fil d'interconnexion à l'intérieur du missile ou de sections du bâti du missile peuvent avoir des dimensions telles qu'ils sont hautement résonants à des fréquences particulières des parasites, et des signaux néfastes peuvent être induits en dépit du filtrage qui peut avoir été incorporé. Pour des raisons de sécurité, les mesures de filtrage prises doivent être généralement suffisamment poussées pour tenir compte de la présence éventuelle de parasites assez importants, même si de tels environnements ne sont entrés qu'occasionnellement. La protection of- ferte par les techniques couramment employées peut éga- lement varier considérablement en fonction des tolérances de fabrication. Cela se traduit par des exigences en5 matière de système qui sont liées au risque que le système de missile fonctionne dans des conditions qu'il est relativement peu probable de rencontrer, ce qui a pour effet d'entraîner une pénalisation en matière de masse et de coûts à cause des techniques de protection10 rendues nécessaires. De plus, comme la tendance courante est axée vers les systèmes d'armement électroniquespour missiles qui, en particulier s'ils sont lancés verticalement, peuvent se propager dans des zones très localisées o15 est présente une intensité de champ extrême (due aux radars, etc), et souffrir de parasites pendant un inter- valle de courte durée, il en résulte une perte des cou- plages de sécurité de la chaîne d'armement se traduisant par unarmement prématuré, ou une perte de contrôle du20 missile, en particulier lorsque la commande du missile se fait à partir d'un endroit proche de la position de lancement. Selon un aspect de la présente invention, on prévoit un appareil comportant au moins un sous-système électronique, lequel comprend un moyen de fourniture de signal et un moyen de production de réponse destiné à pro- duire une réponse de sortie en fonction des signaux appli- qués par le moyen de fourniture de signal, l'appareil comportant en outre un moyen d'antenne et un moyen de30 détecteur afin de détecter un rayonnement électroma- gnétique HF étranger auquel l'appareil est soumis, et un moyen de commande de réponse de sous-système répondant au détecteur afin d'agir sur le fonctionnement du sous- système dans le but d'au moins réduire la susceptibilité35 de l'appareil à tous les effets-néfa- stes du rayonnement électromagnétique étranger. De préférence, le moyen d'antenne peut être constitué d'au moins une partiede l'enveloppede l'appareil, et peut comporter deux parties d'enveloppe contiguës qui définissent un élément dipôle à large bande. Avantageusement, le moyen de commande de réponse du sous-système peut fonctionner dans le but d'inhiber la relation entre la réponse de sortie et les signaux appliqués par le moyen de fourniture de signal lorsqu'un niveau de rayonnement dépassant un niveau prédéterminé de sécurité frappe l'appareil. De préférence, le moyen de commande de réponse du sous-système fonctionne alors pour provoquer la production de la réponse de sortie sur la base de signaux provenant antérieurement du moyen de fourniture de signal. En variante, le moyen de fourniture de signal comporte un élément électrique conducteur, et le moyen de commande de réponse du sous- système comprend un moyen de réactance variable de manière contrôlable, commandé par le moyen de détecteur et connecté entre deux posi- tions espacées de l'élément électrique conducteur pour désaccorder cet élément par rapport au rayonnement reçu. Le moyen de réactance peut comprendre un moyen de conden- sateur variable sous forme d'un condensateur variable mécaniquement ou de diode à capacité variable électroni- quement. Comme mesure de protection supplémentaire, un autre moyen de réactance peut être connecté à un élément métallique faisant partie de l'appareil afin de désaccorder l'élément par rapport à un rayonnement HF étranger tombant sur l'appareil. Cet élément métallique peut être constitué d'une partie métallique d'un logementou enveloppe de l'appa- reil ou d'un fil d'alimentation en signaux électriques situé à l'intérieur de l'appareil. L'appareil peut comporter au moins un sous-système électronique qui comprend un dispositif qui sera défail- lant pour un niveau de rayonnement inférieur à celui des autre composants du sous-système et fera de ce sous-sys- tème un dispositif à sécurité positive. Selon un second aspect de la présente invention, on prévoit un missile comportant un sous-système qui comprend une entrée de commande et répond normalement à des signaux provenant de ladite entrée afin de produire une réponse de sortie associée au missile, et le missile comporte d'autre part un moyen de protection destiné à réduire l'effet des parasites électromagnétiques aux- quels le missile est soumis, le moyen de protection comprenant un moyen de captage pour capter le rayonnement électromagnétique tombant sur le missile, un moyen de détection connecté au moyen de captage et au soussystème et pouvant fonctionner pour détecter un niveau du rayon- nement dépassant un niveau prédéterminé de sécurité et pour inhiber alors la relation entre la réponse de sortie et les signaux reçus à ladite entree. Selon un troisième aspect de la présente invention, on prévoit un appareil qui comporte un équi- pement électrique ou électronique et, dans le but de réduire le risque d'altération du fonctionnement de l'équi- pement dQ aux parasites électromagnétiques, un moyen de condensateur connecté en parallèle à un circuit électrique par l'intermédiaire, et en deux emplacements espacés de ce circuit, d'une partie de l'appareil conductrice de l'électricité de manière à désaccorder cette partie conduc- trice par rapport aux composants des parasites pour les- quels cette partie pourrait avoir par ailleurs une relation de résonance. Selon un quatrième aspect de la présente inven- tion, on prévoit un circuit de sécurité caractérisé par l'inclusion d'un dispositif qui sera défaillant à des niveaux de rayonnement inférieurs à ceux des autres composants du circuit et fera en sorte que le circuit de sécurité est du type à sécurité positive. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un missile représentant un schéma de circuit simplifié qui comporte certains des sous-systèmes du missile et un agencement destiné à réduire l'effet desparasites éectromagnétiquessur le missile; La figure 2 est un schéma de circuit simplifié d'une partie d'une ensemble électronique de sécurité et d'armement dans un autre mode de réalisation de missile o des conducteurs électriques sont désaccordés par rap- port à des composants de parasites probables; Les figures 3 et 4 sont des vues en coupe schéma- tiquesrespectives des bâtis de deux missiles o les sec- tions de bâti sont désaccordées; La figure 5 représente le principe de fonctionne- ment d'un circuit de sécurité qui peut être incorporé dans les modes de réalisation mentionnés ci-dessus; La figure 6 est un circuit typique comportant le circuit de sécurité; La figure 7 représente un type de dispositif de protection qui peut être utilisé dans le circuit de la figure 6. Le missile 1 représenté en figure 1 comporte une pluralité de soussystèmes pour l'exécution des diverses fonctions associées au missile. Les seuls sous-systèmes représentés concernent un sous-système 2 à capteur de stabilisation gyroscopique, un récepteur 3 d'information de guidage, un ordinateur 4 de guidage de missile (qui reçoit des signaux d'entrée analogiques de niveau bas pro- venant du sous-système gyroscopique 2 et du récepteur 3) et un ensemble 5 d'armement de c6ne de charge (qui reçoit un signal de déclenchement d'armement à une entrée 13 provenant d'un système de verrouillage de sécurité - non représenté) mais, comme on le remarquera, divers autres sous-systèmes peuvent être présents. Pour rendre la figure plus claire, les scus-systèmes seront représentés séparés du missile mais il est évident qu'ils sont de fait installés dans son intérieur. L'enveloppe du missile est diviseeen une pluralité de sections, dont deux, les sections 6 et 7, sont dimen- sionnées, en particulier en ce qui concerne le rapport entre leur longueur et leur diamètre, de façon qu'ensemble ils forment un élément d'antenne dipole à large bande capable de recevoir le rayonnement électromagnétique tom- bant sur le missile. Le signal résultant est appliqué à un agencement détecteur de seuil, qui comprend un récep- teur/détecteur 8 HF à large bande et un comparateur 9 permettant de comparer le signal détecté en provenance du récepteur/détecteur 8 à un niveau de référence rendu dis- ponible par une source préréglée représentée par un potentiomètre 10. Le récepteur/détecteur 8 pourrait comprendre un simple détecteur à diode désaccordé. Le niveau de référence est rendu tel que, s'il est dépassé par le signal provenant du récepteur/détecteur 8, le niveau du rayonnement tombant sur le missile dépasse un niveau prédéterminé de sécurité tel qu'il peut gêner le fonctionnement des divers sous-systèmes à bord du missile. En particulier, il peut induire des signaux qui apparaissent aux entrées de commande de l'ensemble d'armement 5 et de l'ordinateur 4 et provoquer un fonctionnement erroné; par exemple, le cône de charge pourrait être armé prématurément et le guidage du missile devenir faux. Afin d'éviter cela, lorsqu'il y a dépassement du niveau de sécurité du rayonnement, le comparateur 9 produit un signal qui est appliqué à l'ensemble d'armement 5 de manière à inhiber toute réponse désirée et à des portes respectives d'inhibition 11 et 12 dans les entrées de commande de l'or- dinateur 4 en provenance du sous-système gyroscopique 2 et du récepteur 3. Lorsque ces portes sont inhibées, l'ordina- teur peut rester en état de fonctionnement pour commander le missile sur la base de signaux stockés, reçus antérieu- rement aux entrées de commande. Comme on le remarquera, le signal d'inhibition provenant du comparateur 9 peut être également appliqué à d'autres sous-systèmes du missile qui pourraient être affec- tés de façon néfaste par les parasites. Au lieu d'être appliqué aux portes d'inhibition 11 et 12, le signal d'inhibition pourrait 1' être directement a l'ordinateur 4, ce dernier incorporant un lociciel qui, en réponse aux signaux d'inhibition, entraîne l'ignorance du signal d'entrée concerné. Comme on peut le voir, l'agencement de la figure 1 peut, en inhibant s6rement l'armement du missile et en éliminant les signaux parasites éventuels aux entrées de commande sensibles de l'ordinateur de guidage du missile dans le cas de parasites électromagnétiques importants, augmenter la sécurité et la disponibilité opérationnelle du missile sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à des agencements de filtrage coateux et éventuellement trop lourds. Le filtrage peut encore être assuré, naturellement, de manière à éviter les parasites dus à des rayonnements incidents d'un niveau plus "normaux", mais il doit être suffisamment poussé pour être efficace contre les niveaux sévères relativement rares. L'agencement est de préférence conçu d'une manière assez simple,comme celle représentée, de sorte qu'il est fiable par inhérence et ne doit pas être construit ou monté avec une très grande précision, ce qui a pour effet d'améliorer encore sa fiabilité. On remarquera que diverses modifications peuvent être apportées à l'agencement de la figure 1. Comme indiqué précédemment, le signal d'inhibition peut &tre appliqué de manière à commander d' autres sus- systèmes ainsi que l'ensemble de l'armement 5 et l'ordinateur 4. De plus, il peut se faire que le signal soit appliqué à l'un de ces autres sous- systèmes au lieu de l'être à l'ensemble d'armement 5 et à l'ordinateur 4. L'ensemble d'armement et/ou l'ordinateur pourrait même ne pas être présents dans le missile, ou s'ils le sont, avoir uneforme différente de celle qui est décrite. Ce qui précède s'applique aux sous-systèmes 2 et 3; par exemple; un capteur de stabilisation peut ne pas être prévu ou pourrait être remplacé par quelque autre type de système de stabilisation tel qu'un ensemble de guidage par inertie, et le récepteur 5 n'est seulement nécessaire que si le missile est du type qui requiert une information d'ordre devant lui être communiquée. L'ensemble électronique d'armement de la figure 2 comprend une porte ET 21 qui recueille les signaux d'entrée fournis par une pluralité de soussystèmes de missile et, dans la mesure ou ces signaux sont appropriés, transmet un signal de demande d'armement à un ensemble d'armement de fusée (non représentée). Seuls, deux des sous-systèmes qui pourraient s'avérer nécessaires pour contribuer à la décision d'armement du missile sont représentés, à savoir le sous- système de navigation par inertie 22 et le récepteur 23 de guidage de missile, et ceux-ci sont donnés à titre d'exem- ple (la forme de la chaîne d'armement, c'est à-dire quel sous-système de missile et combien de ces sous-systèmes sont appliqués, dépend évidemment de laconception particulière du missile. Chaque sous -système est connecté à30 la porte ET 21 par un tronçon de fil 24 et il se peut que les dimensions d'un ou plusieurs de ces tronçons sont tels qu'il y a production d'une résonance avec des compo- sants éventuels des parasites. Pour en rédurie l'effet, un condensateur fixe 25 a été connecté en parallèle aucircuit35 séparant deux points espacés du fil 24 à partir du sous- système de navigation par inertie 22, la valeur du conden- sateur 25 étant telle qu'il désaccorde le fil vis-à-vis des composants éventuels des parasites. Comme on le remarquera, la prédiction des fréquences de résonance est souvent difficile par suite de la nature complexe des impé- dences impliquées et éventuellement aussi des effets du couplage mutuel entre l'élément pour lequel la prédiction est faite et tout élément contigu. Il en résulte qu'il est généralement impraticable d'essayer de choisir les dimensions des connecteurs électriques, etc., dans le but d'éviter les effet de la résonance. Cependant, l'utilisation de condensateurs, comme représenté, permet d'éviter ces effets, ou au moins de les réduire. Au lieu d'un condensateur fixe, on peut utiliser un condensateur variable et cela permettra un équi- librage final de la valeur de la capacité pendant l'ar- mement du missile. De plus, au lieu d'un seul condensateur, un réseau de condensateurs constitué de composants fixes et/ou variables peut être employé. Divers agencement peu- vent être utilisés sur les fils de connexion provenant de certains soussystèmes différents des sous-systèmes. Il peut se faire qu'une partie des fils de connexion des sous-systèmes ne nécessite aucun agencement de désaccord. Comme représenté pour le fil de connexion allant du récepteur de guidage à la porte ET,l'élément de désaccord comprend avantageusement une diode 26 à capacité variable électroniquement, disposée de manière à recevoir une pola- risation de commande via une résistance 22 à partir d'un récepteur 28. Le récepteur 28 détecte tout parasite entrant et commande automatiquement la capacité de la diode 26 de manière à donner un désaccord optimum du fil de connexion associé 24. A la place d'une diode, le composant 26 à capa- cité variable pourrait comprendre un condensateur variable mécaniquement (non représenté), du type à palette mobile par exemple, couplé à un contrôleur de servo-moteur (non35 représenté) qui, à son tour, est entraîné par le récepteur 28. Comme on le remarquera, pour avoir l'effet le | meilleur, on préfère que les condensateurs utilises soient du type à faible inductance et qu'ils soient reliés aux fils respectifs de connexion par de larges rubans de faible inductance. La figure 3 des dessins représente un missile comportant deux sections métalliques de bâti 31 et 32. Un tel missile, lorsqu'il est en vol, a une réponse électri- que semblable à celle d'une antenne dipole, ce qui signifie qu' il sera fortement résonant pour des parasites électro- magnétiques ayant une fréquence telle que la longueur du missile est voisine d'une demi- longueur d'onde des parasites. Les interférences à cette fréquence de résonance peuvent induire des courants électriques assez élevés dans l'envelop- pe du bâti et ces courants, à leur tour, peuvent induire des signaux perturbateurs dans les circuits électroniques du missile. Afin d'éviter cela, la réponse dipole du bâti du missile est ajustée, mofifiant effectivement la longueur électrique du bâti par connexion d'un condensateur 32 entre deux point a et b de la surface intérieure de l'enveloppe de la section 31 du bâti, les points a et b étant séparés d'une distance approximativement égale au sixième de la longueur d'onde de résonance propre du bâti du missile. Une valeur typique du condensateur 33 pourrait être d'environ 500pF. Il peut être avantageux de connecter de la même maniè- re un second condensateur 34 mais à l'autre section 32 du bâti. Le missile de la figure 4 est semblable à celui de la figure 5 à l'exception que les condensateurs fixes ont été remplacés par des condensateurs mécaniquement varia-30 bles respectifs 40 et 41, par exemple, du type à palette mobile. Les palettes mobiles des condensateurs respectifs sont jumelées et accouplées de manière à être déplacées par un servo-moteur 42 qui est commandé par un récepteur 43 de captage de parasites. Les éléments forment ensemble35 un système de réaction, avec les condensateurs ajustés automatiquement pour donner un effet minimum des parasites 1-1 sur le système. Au lieu des condensateurs variables méca- niquement 40 et 41 et du servo-moteur 42, des condensa- teurs contrôlables électriquement, tels que des diodes capacitives, pourraient être utilisés et commandés direc- tement par le récepteur 43. Comme on le remarquera, bien que les figures 3 et 4 représentent des missiles, on pourrait utiliser les techniques décrites pour augmenter la réjection des para- sites de toute structure métallique, par exemple, d'antennes, d'engins spaciaux, etc. D une manière similaire, on pourrait appliquer la technique décrite en liaison avec la figure 2 à un équipement électronique et électrique autre celui utilisé à bord d'un missile. Dans les modes de réalisation cités ci-dessus, une protection supplémentaire peut être assurée en incor- porant un circuit de sécurité qui présentera une sécurité positive. Un tel circuit comporte une diode à semi- conduc- teur qui, lorsqu'elle est soumise à un rayonnement, sera défaillante et formera un court-circuit aux bornes d'une alimentation. Les autres composants du circuit sont cDisis de manière à avoir une meilleure résistance au rayonnement que la diode dont on attend qu'elle soit défaillante. Un -court-circuit aux bornes de l'alimentation provoquera circulation d'un courant élevé et par conséquent un fusible thermique normal est monté. La figure 5 représente le principe de fonction- nement dans le cas o la charge 51 est en série avec un circuit de commutation 52 et des commutateur 54. Un dispo- sitif de protection 53 est en parallèle avec la charge. Une défaillance par court- circuit du dispositif 53 provoquera la défaillance du fusible 55. En figure 6, des commutateurs à transistor 61 et 62 sont protégés contre les effets du rayonnement et en fonctionnement normal provoqueront la commutation de la tension d'alimentation aux bornes de la charge 63. Le circuit de protection 64 est représenté avec davantage de détails en figure 7 o D1 représente une diode à semi- conducteur ne présentant qu'une faible résistance ou aucune résistance aux effets du rayonnement à long terme ou à court treme. La référence D2 représente un tlyristor capable de laisser passer un courant suffisant pour provoquer le fléchissemement du fusible de l'alimentation. La référence R2 est un élément de polarisation et les éléments Rl, Cl servent à inhiber un faux déclenchementdu thyristor D2. Lorsque le circuit est exposé au rayonnement, Dl sera défaillant et deviendra court-circuité avant tout autre composant et donc, coupera le circuit d'alimentation de la charge. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'Art. 1 3 REVEND ICATIONS 1. Appareil comprenant au moins un sous-système électronique, lequel comprend un moyen de fourniture de signal et un moyen de production de réponse destiné à pro- duire une réponse de sortie en fonction de signaux appliqués par le moyen de fourniture de signal,'appareil comportant d'autre part un moyen d'antenne et un moyen de détecteur pour capter un rayonnement électromagnétique HF étranger auquel l'appareil est soumis, et un moyen de commande de réponse de sous-système répondant au détecteur pour influer sur le fonctionnement dudit sous-système de manière à au moins réduire la susceptibilité de l'appareil à tout effet néfaste du rayonnement électromagnétique étranger. 2. Appareil selon la revendication 1, o le moyen d'antenne est formé par au moins une partie de l'enve- loppe de l'appareil. 3. Appareil selon lesrevendicationsl ou 2, o le moyen d'antenne comprend deux parties contigues de l'enve- loppe de l'appareil définisssant un élément dipole à large bande. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, o le moyen de commande de réponse de sous- système peut fonctionner pour inhiber la relation entre la réponse de sortie et les signaux appliqués par le moyen de fourniture de signal lorque l'appareil est soumis à un niveau de rayonnement dépassant un niveau prédéterminé de sécurité. 5. Appareil selon la revendication 4 o, lorsque le rayonnement incident dépasse le niveau de sécurité, le moyen de commande de réponse de sous-système fonctionne pour provoquer la production de la réponse de sortie sur la base de signaux provenant antérieurement du moyen de fourniture de signal. 6. Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, o le moyen de fourniture de signal comprend un élément conducteur électrique, et le moyen de commande de réponse de sous- système comprend un moyen de réactance variable de manière contrôlée, qui est commandé par le moyen de détecteur et connecté entre deux emplacements espacés de l'élément conducteur électrique pour désaccorder cet élément par rapport au rayonnement reçu. 7. Appareil selon la revendication 6, o le moyen de réactance variable de manière contrôlée comprend un moyen de condensateur variable. 8. Appareil selon la revendication 7, o le moyen de condensateur variable est une diode capacitive électronquement variable. 9. Appareil selon la revendication 7, o le moyen de condensateur variable est un condensateur variable mécaniquement. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 9, comprenant un moyen de réactance connecté à un élément métallique qui constitue une partie de l'appa- reil pour désaccorder l'élément par rapport à un rayonnement HF étranger auquel l'appareil est soumis. 11. Appareil selon la revendication 10, o l'élément métallique comprend une partie métallique d'un logement ou enveloppe de l'appareil. 12. Appareil selon la revendication 10, o l'élément métallique comprend un fil de fourniture de -115 signal électrique à l'intérieur de l'appareil. 13. Appareil selon lesrevendicationslO, 11 ou 12, o le moyen de réactance est variable. 14. Appareil selon lesrevendicationsll, 12 ou 13, o le moyen de réactance est un condensateur. 15. Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 14, o l'appareil comprend au moins un sous-sys- tème électronique comportant un dispositif qui fléchira à des niveaux de rayonnement incident plus bas que les autres composants du sous- système et amènera le sous-système à présenter une sécurité positive. 16. Missile comportant un sous-système qui comprend une entrée de commande et répond normalement à des signaux reçus à cette entrée afin de produire une répon- se de sortie associée au missile, et le missile comportant d'autre part un moyen de protection pour réduire l'effet des parasites électromagnétiques auxquels le missile est soumis, le moyen de protection comportant un moyen de captage destiné à capter le rayonnement électromagnétique tombant sur le missile, un moyen de détection connecté au moyen de captage et au sous-système et pouvant fonctionner pour détecter un niveau du rayonnement dépassant un niveau prédéterminé de sécurité et inhiber alors la relation entre la réponse de sortie et les signaux reçus à l'entrée. 17. Appareil qui comprend un équipement électri- que ou électronique et, de manière à réduire la possibilité d'altération du fonctionnement de l'équipement par suite de parasites électromagnétiques, un moyen de condensateur con- necté en parallèle avec un circuit électrique par l'intermé- diaire, et entre deux emplacements espacés de celle-ci, d'une partie de l'appareil conductrice de l'électricité de manière à désaccorder toute partie conductrice vis-à-vis de composants de parasites pour lesquels cette partie pourrait avoir par ailleurs une relation de résonance. 18. Circuit de sécurité, caractérisé par l'incor- poration d'un dispositif qui sera défaillant à des niveaux de rayonnement plus petits que les autres composants du circuit et fera en sorte que le circuit de sécurité assure une sécurité positive.