Brevet FR2760102A1 — publié le 19980828

AUTODIRECTEUR ORIENTABLE L'invention concerne un autodirecteur orientable, qui effectue une détection, au choix, dans la gamme de longueurs d'onde optiques, infrarouges et/ou radar et qui présente, en conséquence, un groupement d'éléments optiques et un groupement de détecteurs et/ou un groupement d'antennes radar, tandis que, de préférence, lors de l'utilisation dans le domaine de l'infrarouge, il10 est pourvu d'un groupement d'éléments optiques, qui est réalisé sous la forme d'une optique corrigée à miroirs, de préférence une combinaison de Cassegrain à grande ouverture d'entrée, l'autodirecteur trouvant une application type, dans le domaine de l'infrarouge, en15 tant que tête chercheuse de cibles pour un objet volant, de préférence un objet volant non habité et pourvu d'un moteur-fusée de croisière ou analogue, afin de détecter et/ou de combattre des cibles fixes et/ou mobiles, telles que des hélicoptères ou analogues, l'optique de recherche20 étant montée, de manière mobile, à l'aide d'un système de poursuite à roulis et à tangage à la Cardan à deux axes, dans un carter extérieur, solidement relié à la structure de l'objet volant, de manière électromécanique afin d'exécuter des mouvements de poursuite et de balayage25 servant à la détection de la cible. On connaît, par l'état de la technique, l'utilisation de systèmes de cadres électromécaniques à plusieurs axes pour la poursuite de systèmes optiques, par exemple des caméras, entre autres dans le cas de30 têtes chercheuses de cibles à infrarouges d'objets volants et analogues. Un principe élargi de conception est alors la combinaison d'un cadre de tangage et de lacet en liaison avec un cadre cardan extérieur, étant entendu que par le35 terme "tangage" on veut dire un mouvement de rotation du système optique autour de l'axe y solidaire de l'autodirecteur, et par "lacet" un mouvement de rotation du système optique autour de l'axe z solidaire de l'autodirecteur. Le système de coordonnées, solidaire de5 l'autodirecteur, est défini dans une position de construction de l'autodirecteur qui, en règle générale, est caractérisée par le parallélisme des axes par rapport aux axes rigides, solidaires du corps volant. Les angles de strabisme décrivent chaque fois des rotations autour10 des axes de coordonnées solidaires de l'autodirecteur. Les angles sont mesurés à partir de la position de construction, non déviée, de l'autodirecteur. Dans le cas de tels systèmes, l'angle de strabisme, également appelé angle d'excentrement, du système optique peut être déterminé de manière particulièrement simple. Dans le cas d'un système cardan extérieur, les angles correspondants peuvent en fait être mesurés, de façon classique, en liaison avec des capteurs de déplacement situés au niveau des montages extérieurs. En raison de la20 plus grande distance possible du capteur par rapport à l'axe de rotation, il en résulte, lors de variations angulaires, des modifications de déplacement suffisamment grandes qui, en général, permettent une définition satisfaisante de la mesure (précision de la saisie) des25 capteurs d'écart angulaire. Un autre avantage du système cardan extérieur réside dans le fait que les capteurs et les synchrotransmetteurs sont découplés, c'est-à-dire que des mouvements dans l'axe de tangage ne s'associent pas à des saisies d'angles de lacet, et inversement. Des30 système de ce type sont connus depuis longtemps. Un inconvénient de l'agencement ci-dessus décrit réside dans le fait que, du fait des montages extérieurs, on ne dispose que d'un espace restreint pour le système optique. Normalement, dans le cas d'une intensité35 lumineuse prédéfinie (ouverture d'entrée), l'espace d'implantation nécessaire est encore légèrement plus grand que ne le demande la capacité de rendement du système optique (volume de l'optique de recherche). Un autre inconvénient provient de la grande masse des5 éléments déplacés, résultant des dimensions nécessaires des cadres de tangage et de lacet ainsi que des grandes surfaces portantes. La masse élevée ainsi que, en général, le frottement plus élevé dans les paliers des éléments déplacés entraînent une puissance de positionnement élevée en conséquence et une consommation considérable d'énergie, lorsque le système optique doit être déplacé ou bien poursuivre un objet, si bien qu'il en résulte également une foule de problèmes, notamment lors de l'utilisation de tels systèmes de poursuite dans15 des objets volants du type décrit au début. On connaît, en outre, un système de poursuite à roulis et à tangage, qui est également réalisé sous la forme d'un système cardan extérieur. On a ici aussi des problèmes similaires. Le roulis, c'est-à- dire le20 mouvement de rotation du système optique autour de l'axe x, solidaire de l'objet volant, est permis par le palier de roulis situé à l'extérieur, mais cela aboutit aussi au déplacement de grandes masses et aux fortes puissances nécessaires de positionnement qui en résultent, avec une25 consommation considérable d'énergie. Le palier de roulis, placé à l'extérieur, peut également provoquer, pour les raisons qui ont déjà été examinées plus haut, des restrictions quant à l'espace d'implantation dont on dispose.30 Une solution avec cardan intérieur apporte déjà une amélioration notable en ce qui concerne les aspects problématiques décrits. Il s'agit alors d'un système de poursuite à tangage et lacet, réalisé sous la forme d'un système cardan intérieur. Les montages du système de35 cadre à plusieurs axes sont alors placés dans la zone 4 intérieure de l'autodirecteur. Du fait des plus petites surfaces portantes, le volume d'implantation dont on dispose, notamment en ce qui concerne l'ouverture d'entrée, peut être mieux exploité et il peut donc5 devenir globalement plus petit. En même temps, tous les éléments déplacés, notamment les parties paliers et cadres, peuvent être conçus de façon plus favorable eu égard au poids, si bien que la puissance de positionnement nécessaire ainsi que les frottements résultants dans les paliers sont réduits. Toutefois, dans cette solution selon l'état de la technique, les saisies d'angles d'excentrement ne peuvent pas être réalisées d'une manière simple sur le plan de la construction des capteurs. Du fait de la disposition en tant que cardan15 intérieur, il n'y a, de manière générale, aucune possibilité de mesurer les angles d'excentrement dans la zone du palier situé à l'intérieur, car le volume disponible d'implantation est trop réduit pour que l'on puisse loger l'ensemble des capteurs dans la zone du20 cardan intérieur. Par conséquent, on tente, de manière générale, de déplacer les capteurs de déplacement angulaire vers la zone extérieure de la tête chercheuse. Toutefois, la qualité de la mesure que l'on peut obtenir est alors25 limitée, en raison de l'accouplement du mouvement de tangage et du mouvement de lacet du cadre à la Cardan. Du fait de l'installation des capteurs de déplacement angulaire vers l'extérieur (à distance des axes de rotation), un mouvement rotatif autour d'un axe de30 l'autodirecteur exerce obligatoirement une influence sur la mesure angulaire autour de l'axe correspondant de cardan opposé. Par conséquent, un mouvement de lacet agit simultanément sur la détection concernant l'axe de tangage, et inversement. Ces effets non linéaires de35 couplage provoquent des problèmes techniques de mesure en ce qui concerne la précision de la saisie et qui apparaissent en tant que "bruit" augmenté dans la correction ultérieure à la mesure angulaire. Un autre problème du système de cadre de tangage et de lacet dans5 la réalisation à cardan intérieur provient du fait que la plage d'angles d'excentrement est limitée à cause de la "butée" du réflecteur primaire contre le logement du palier de roulis. En fait, ce problème peut être diminué par une installation dissymétrique concevable de la10 totalité de la tête chercheuse dans la structure de l'objet volant, mais toutefois cette disposition n'est, en règle générale, pas prise en considération pour des raisons techniques liées à l'orientation car, à cause de l'angle dissymétrique d'excentrement, il en résulterait15 de sérieuses restrictions quant à la plage d'utilisation de l'autodirecteur. Le but de l'invention consiste donc à perfectionner la tête chercheuse de cibles du type mentionné, dans laquelle le système de poursuite est réalisé sous la20 forme d'un système à la Cardan à roulis et à tangage, de telle manière que l'on puisse obtenir, avec une masse réduite et un encombrement aussi petit que possible, sans pour autant nuire aux capteurs de mesure angulaire et aux synchrotransmetteurs, une grande plage d'angles25 d'excentrement, par un couplage des données de mesure lorsque les capteurs de déplacement angulaire sont situés à l'extérieur. Ce but est atteint par l'invention, par un perfectionnement de la tête chercheuse de cibles du type mentionné, en ce que le système de poursuite à la Cardan à roulis et à tangage est réalisé en tant que système cardan intérieur. On peut alors prévoir que le groupement d'éléments optiques et de détecteurs soit porté, par l'intermédiaire d'un palier de tangage comportant un axe de tangage perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'autodirecteur, par un élément cylindrique qui est propre à tourner autour d'un axe du carter extérieur au moyen d'un palier de roulis prenant appui contre le carter extérieur.5 On peut également prévoir que l'axe du carter extérieur soit parallèle à l'axe longitudinal de l'objet volant. Il est en outre prévu que le réflecteur primaire puisse présenter un évidement, de préférence en forme de fente, pour le pivotement de l'élément cylindrique, afin de faciliter le mouvement de tangage de l'optique de recherche. Une autre forme de réalisation de l'invention prévoit que soient montés, au niveau de la pièce cylindrique, deux synchrotransmetteurs de cadre de tangage pour transmettre des couples de commande par l'intermédiaire de synchrotransmetteurs électromécaniques de tangage, qui sont reliés à l'optique de recherche, afin d'obtenir le mouvement de tangage.20 L'invention recommande également que les synchrotransmetteurs de cadre de tangage soient situés parallèlement l'un à l'autre et qu'ils soient disposés sur une barrette de jonction aux deux extrémités des mêmes synchrotransmetteurs de roulis, pour la25 transmission du couple d'entraînement pour le mouvement de roulis. Il est, d'autre part, prévu que soit monté, au niveau du carter extérieur, au moins un synchrotransmetteur rotatif de cadre de roulis pour la30 transmission des moments de roulis. Il est également prévu selon l'invention que les synchrotransmetteurs de cadre de tangage soient disposés symétriquement. On prévoit en outre que les synchrotransmetteurs de cadre de tangage soient disposés de manière asymétrique. L'invention est basée sur la conclusion surprenante qu'il suffit, pour résoudre le problème posé et pour obtenir une tête chercheuse de cibles ayant des propriétés largement optimisées, d'utiliser un système de5 poursuite à roulis et à tangage, qui soit réalisé sous la forme d'un système cardan intérieur. Le principe du système de poursuite selon l'invention repose sur un système électromécanique de cadre à plusieurs axes pour la poursuite de systèmes10 optiques, tels que par exemple des têtes chercheuses de cibles à infrarouges dans des objets volants, le système de cadre consistant en un cadre de roulis et de tangage, réalisé en tant que système cardan intérieur. Grâce à ces particularités selon l'invention, on peut obtenir une15 structure légère de dimensions particulièrement petites, avec en même temps une grande plage d'angles d'excentrement. La tête chercheuse de cibles selon l'invention peut être réalisée avec une plage d'angles d'excentrement, aussi bien symétrique que dissymétrique. Fondamentalement, le système de poursuite selon l'invention peut être réalisé avec des agencements différents des montages mais, cependant, il convient de conserver toujours, en tant que particularité essentielle25 de l'invention, un système de poursuite à roulis et à tangage réalisé en tant que système cardan intérieur. Une autre fixation des synchrotransmetteurs électromécaniques et des cadres de synchrotransmetteurs est également envisageable, la nature de l'invention n'étant ni touchée30 ni restreinte par une autre réalisation sur le plan de la construction. Dans le cas o il faudrait encore augmenter l'angle d'excentrement, on peut penser à une installation asymétrique des synchrotransmetteurs de cadre de tangage.35 En outre, le réflecteur primaire du système optique peut 8 décaler, par un déplacement axial dans le sens de l'axe optique de l'autodirecteur (en direction de la pointe du corps volant), la "butée" du réflecteur contre l'élément cylindrique, prévu dans une forme de réalisation5 préférée, pour obtenir de plus grands angles d'excentrement. Enfin, du fait que, dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le réflecteur primaire est pourvu d'un évidement correspondant à l'élément cylindrique, on peut obtenir une plage10 nettement plus grande d'angles d'excentrement. Alors que, selon l'état de la technique, les autodirecteurs à roulis et à tangage étaient réalisés uniquement sous la forme d'un système cardan extérieur, avec pour résultat, par principe, de plus grandes15 dimensions par rapport à un système cardan intérieur pour une même ouverture d'entrée optique et alors que l'utilisation d'un système à tangage et à lacet avec cardan intérieur entraîne une limitation de l'angle d'excentrement, laquelle limitation ne peut être20 contournée, que dans des circonstances déterminées pour des tâches spéciales, par un montage oblique de l'autodirecteur, on peut obtenir, grâce à la suggestion selon la présente invention, par conséquent un système cardan intérieur dans le cas d'un agencement à roulis et25 à tangage, une solution optimale des problèmes existants, puisque l'on peut procéder aussi bien à une installation symétrique qu'à une installation dissymétrique (par rapport à un système de coordonnées solidaire de l'autodirecteur et tournant avec lui) et ce, sans montage30 oblique. Le système de poursuite autorise une plus grande plage d'angles d'excentrement que d'autres systèmes comparables de poursuite à cadre, les capteurs angulaires et les synchrotransmetteurs pouvant être découplés sur le plan cinématique, en ce qui concerne les effets du35 couplage d'axes. La plage d'angles d'excentrement peut être largement optimisée, en ce que le réflecteur primaire de l'optique de poursuite peut être disposé en différentes positions dans le sens axial et également du fait que le réflecteur primaire est fendu, dans la forme5 de réalisation préférée de l'invention, de façon correspondante aux dimensions de l'élément cylindrique porte-palier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée, qui va suivre, des exemples de réalisation en liaison avec les dessins, qui montrent: figure 1 la vue latérale d'un exemple d'un système de poursuite à tangage et à lacet, réalisé en tant que cardan intérieur, selon l'état de la technique; figure 2 la vue latérale d'un exemple de réalisation selon la présente invention d'un système de poursuite à roulis et à tangage, réalisé en tant que cardan intérieur; figure 3 en vue de dessus, l'exemple de réalisation selon l'invention, représenté à la figure 2, davantage schématisé; figure 4 la vue latérale de l'exemple de réalisation selon la figure 3; figure 5 une vue de derrière d'un autre exemple de réalisation selon la présente invention d'un système de poursuite à roulis et à tangage, réalisé en tant que cardan intérieur; figure 6 l'exemple de réalisation selon la figure , en vue latérale; figure 7 la vue de derrière de l'exemple de réalisation selon la figure 5, en position déviée suivant la figure 6; et figure 8 l'exemple de réalisation selon l'invention, d'après la figure 4, avec plage asymétrique d'angles d'excentrement. Dans le cas du système de poursuite optique à tangage et à lacet, à deux axes, réalisé en tant que cardan intérieur selon l'état de la technique et faisant l'objet de la figure 1, il ressort que, en présence d'un angle d'excentrement 38 relativement grand aussi bien en tangage qu'en lacet, il existe un risque de butée du10 réflecteur primaire 18 contre un élément cylindrique 42 qui s'étend, de préférence comme indiqué, parallèlement à l'axe longitudinal de l'objet volant. Il convient en outre de remarquer que la double fonction, représentée sur les figures 1 à 4, des synchrotransmetteurs 26, 32,15 36, qui servent à la fois à la transmission du moment et à la mesure de l'angle d'excentrement en tant que capteurs de déplacement angulaire, est indiquée uniquement à titre d'exemple et qu'elle n'a en aucun cas un caractère obligatoire. La séparation dans l'espace des20 deux fonctions est également parfaitement possible et elle n'affecte pas le concept de l'invention. En ce qui concerne le palier de tangage 30, il faut en outre remarquer qu'il est représenté en vue de dessus. Dans le cas de l'exemple de réalisation, montré à la figure 2, d'une tête chercheuse de cibles selon l'invention, dans laquelle le palier de tangage 30 est également représenté en vue de dessus, l'optique de recherche 20 avec le réflecteur primaire 18 est également montée par l'intermédiaire du palier de tangage 30, tout30 comme dans l'exemple selon l'état de la technique d'après la figure 1, sur l'élément cylindrique 40 qui est aussi, de préférence, parallèle à l'axe longitudinal du corps volant mais, ici, l'élément cylindrique 40 est, quant à lui, monté de manière à pourvoir tourner par35 l'intermédiaire du palier de roulis 34 par rapport à un axe 42 du carter extérieur. Le réflecteur primaire 18 peut être réalisé avec une fente. Ainsi, même dans le cas de grands angles de déviation 38, tout risque de butée du réflecteur primaire 18 contre l'élément cylindrique 405 peut être écarté et ce, même pour de grands angles d'excentrement. Sur les autres représentations de l'exemple de réalisation selon la figure 2, à savoir sur les figures 3 et 4, on peut voir les synchrotransmetteurs de cadre de10 roulis 44 ainsi que les synchrotransmetteurs de cadre de tangage 46 qui coopèrent, d'une manière visible sur le dessin, avec les synchrotransmetteurs électromécaniques de roulis 36. La référence 20' à la figure 4 désigne une position déviée de l'optique de recherche 20, lors de la15 rotation autour de l'axe de tangage. La tête chercheuse selon les figures 3 et 4 peut être réalisée, ainsi qu'il ressort de la figure 8, aussi bien avec une plage symétrique qu'avec une plage dissymétrique d'angles d'excentrement. Un axe de carter20 extérieur 42 relié à la structure, simplement indiquée et solidaire de l'objet volant, c'est-à-dire le carter extérieur 16, constitue la base pour le montage de l'élément cylindrique 40. Ces deux éléments sont reliés par le palier de roulis 34 de telle manière que soit25 obtenu un montage de roulis. Au niveau de l'élément cylindrique 40, qui porte l'optique de recherche 20 par l'intermédiaire du palier de tangage 30, sont reliés en même temps les deux synchrotransmetteurs de cadre de tangage 46, qui servent à transmettre les couples30 d'entraînement par l'intermédiaire des synchrotransmetteurs électromécaniques de tangage 32, reliés à l'optique de recherche 20, pour l'obtention du mouvement de tangage. La transmission des couples d'entraînement pour le mouvement de roulis s'effectue par35 l'intermédiaire des synchrotransmetteurs électromécaniques de roulis 36, qui sont montés sur une barrette de jonction aux deux extrémités des deux synchrotransmetteurs de cadre de tangage 44, qui s'étendent parallèlement. Les moments de roulis sont5 modifiés par l'intermédiaire des synchrotransmetteurs de cadre de roulis 44, rigidement reliés au carter extérieur 16. L'avantage du déplacement des synchrotransmetteurs électromécaniques de tangage 32 dans la zone arrière de la tête chercheuse réside en même temps dans la possibilité de transmission de couples élevés, du fait du grand bras de levier, et dans l'équilibrage des masses, alors facile à obtenir, de l'optique de recherche 20 par rapport à l'axe de tangage. Il ressort des figures 5, 6 et 7 qu'un évidement, sous la forme d'une fente 48, est prévu dans le réflecteur primaire 18 pour assurer une excursion de l'angle d'excentrement, sensiblement plus grande que cela ne serait le cas sans un tel évidement, qui revêt donc une importance toute particulière pour la mise en oeuvre20 du concept selon l'invention. Les particularités indiquées dans la description ci- dessus et sur les dessins peuvent être utilisées aussi bien séparément que selon une combinaison quelconque et elles sont capitales pour la mise en oeuvre de25 l'invention dans ses différentes formes de réalisation. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en liaison avec des modes de réalisation préférés de celle-ci, il sera aisément compris par les personnes expérimentées dans cette30 technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans pour autant sortir de l'esprit ni du champ d'application de l'invention. LISTE DES REFERENCES 12 Palier de lacet 14 Axe z 16 Carter extérieur 18 Réflecteur primaire Optique de recherche ' Optique de recherche (position déviée) 22 Réflecteur secondaire 24 Axe x 28 Axe y Palier de tangage 32 Synchrotransmetteur de tangage 34 Palier de roulis 36 Synchrotransmetteur de roulis 38 Angle d'excentrement Elément symétrique 42 Axe du carter extérieur 44 Synchrotransmetteur de cadre de roulis 46 Synchrotransmetteur de cadre de tangage 48 Evidement en forme de fente REVENDICATIONS 1. Autodirecteur orientable, qui effectue une détection, au choix, dans la gamme de longueurs d'onde optiques, infrarouges et/ou radar et qui présente, en conséquence, un groupement d'éléments optiques et un groupement de détecteurs et/ou un groupement d'antennes radar, tandis que, de préférence, lors de l'utilisation dans le domaine de l'infrarouge, il est pourvu d'un10 groupement optique, qui est réalisé sous la forme d'une optique corrigée à miroirs, de préférence une combinaison de Cassegrain à grande ouverture d'entrée, l'autodirecteur trouvant une application type, dans le domaine de l'infrarouge, en tant que tête chercheuse de15 cibles pour un objet volant, de préférence un objet volant non habité et pourvu d'un moteur-fusée de croisière ou analogue, afin de détecter et/ou de combattre des cibles fixes et/ou mobiles, telles que des hélicoptères ou analogues, l'optique de recherche étant20 montée, de manière mobile, à l'aide d'un système de poursuite à roulis et à tangage à la Cardan à deux axes, dans un carter extérieur, solidement relié à la structure de l'objet volant, de manière électromécanique afin d'exécuter des mouvements de poursuite et de balayage25 servant à la détection de la cible, caractérisé en ce que le système de poursuite à roulis et à tangage (30, 32, 34, 36, 40, 42, 44, 46) est réalisé sous la forme d'un système cardan intérieur. 2. Autodirecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le groupement d'éléments optiques et de détecteurs (20) est porté, par l'intermédiaire d'un palier de tangage (30), ayant un axe de tangage perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'autodirecteur, par un élément cylindrique (40) qui est propre à tourner35 autour d'un axe (42) du carter extérieur au moyen d'un palier de roulis (34) prenant appui contre le carter extérieur (16). 3. Autodirecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe (42) du carter extérieur est disposé parallèlement à l'axe longitudinal de l'objet volant. 4. Autodirecteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le réflecteur primaire (18) présente un évidement (48), de préférence en forme de10 fente, pour le pivotement de l'élément cylindrique (40), afin de faciliter le mouvement de tangage de l'optique de recherche (20). 5. Autodirecteur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu deux synchrotransmetteurs de cadre de tangage (46), montés au niveau de la pièce cylindrique (40), pour transmettre des couples de commande par l'intermédiaire de synchrotransmetteurs électromécaniques de tangage (32), qui sont reliés à l'optique de recherche (20), afin20 d'obtenir le mouvement de tangage. 6. Autodirecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les synchrotransmetteurs de cadre de tangage (46) s'étendent parallèlement l'un à l'autre et sont disposés sur une barrette de jonction aux deux25 extrémités des mêmes synchrotransmetteurs de roulis (36), afin de transmettre le couple d'entraînement pour le mouvement de roulis. 7. Autodirecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'est monté, au niveau du carter extérieur (16), au moins un synchrotransmetteur rotatif de cadre de roulis (44) pour la transmission des moments de roulis. 8. Autodirecteur selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les synchrotransmetteurs de cadre de tangage (46) sont disposés symétriquement. 9. Autodirecteur selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les synchrotransmetteurs de cadre de tangage (46) sont disposés de manière asymétrique.