Brevet FR2780773A1 — publié le 20000107

La présente invention concerne un procédé pour préparer l'harmonisation totalement automatique des lignes de visée d'un viseur et d'une tête chercheuse d'un équipement d'armement installé dans un avion. Actuellement on harmonise les lignes de visée d'un viseur et la tête chercheuse d'un armement équipant un avion, par exemple un hélicoptère, en procédant manuellement. Pour cela, on réalise une cible munie de marquage. Elle doit être dimensionnée de manière appropriée pour couvrir à la fois le champ de vision du viseur ainsi que la copie de la tête chercheuse (SKN) utilisée pour l'harmonisation car le principe de l'harmonisation manuelle repose sur le parallélisme des lignes de visée du viseur et de la copie de la tête chercheuse. Dans une première étape, l'opérateur/tireur aligne le viseur sur un repère approprié qui représente la cible. Pour des distances connues (dans les directions horizontale et verticale), entre le viseur et le tube de l'arme, on détermine la position de consigne de la ligne de visée de la copie de la tête chercheuse à l' état non chargé (pas de copie de tête chercheuse dans le tube de l'arme) sur la cible. Puis on charge le tube de l' arme avec la copie de la tête chercheuse et avec un laser d'ajustage monté sur l'éjecteur on détermine la déviation entre la position actuelle de la ligne de visée de la copie de la tête chercheuse et la valeur de consigne. Toutefois, de tels procédés et dispositifs connus pour déterminer l'angle de commande pour harmoniser les lignes de visée entre le viseur et la tête chercheuse d'un équipement d'armement embarqué dans un hélicoptère, ont précisément l'inconvénient que l'harmonisation se fait manuellement et est de ce fait très longue et imprécise. La présente invention a pour but de développer un procédé et un dispositif permettant de préparer l'harmonisation totalement automatique des lignes de visée d'un viseur et d'une tête chercheuse d'un équipement d'armement embarqué sur un avion, permettant d'harmoniser d'une manière totalement automatique et avec une grande précision. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé par les étapes suivantes : alignement du viseur d'un avion seul sur une cible ponc- tuelle, alignement d'une tête chercheuse sur la même cible ponc- tuelle, enregistrement et mise en mémoire des déviations produi- tes par une unité de traitement d'image, sous forme de valeurs de correction pour une utilisation ultérieure, détermination de l'angle de commande pour l'alignement de la tête chercheuse d'une manière totalement automati- que en mettant les lignes de visée du viseur et de la tête chercheuse de façon qu'elles se coupent sur la ci- ble et obtention des valeurs de correction des angles d'harmonisation. L'invention concerne également un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisé par les moyens suivants : - une installation pour aligner un viseur d'un avion au sol sur une cible ponctuelle, - une installation pour aligner une tête chercheuse sur la même cible ponctuelle, - une unité de traitement d'image pour enregistrer et mé- moriser les déviations produites comme valeurs de cor- rection pour une utilisation ultérieure et - une installation pour déterminer, de manière totalement automatique, l'angle d'attaque pour aligner la tête chercheuse qui fait se couper les lignes de visée du vi- seur et la tête chercheuse au niveau de la cible et pour ainsi déterminer les valeurs de correction de l'angle d'harmonisation. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses du procédé : - la détermination totalement automatique de l'angle de com- mande pour aligner la tête chercheuse comprend les étapes suivantes : à partir de la configuration de mesure et avec des rela- tions géométriques : on détermine les grandeurs d'entrée pour une unité de mise en parallèle, on traite les grandeurs d'entrée pour l'unité de mise en parallèle dans une installation de traitement, de façon à réaliser une convergence des lignes de visée au lieu de rendre celles-ci parallèles, pour que les valeurs émises de l'unité de mise en parallèle, c'est-à-dire l'angle de commande, alignent les lignes de visée de la tête chercheuse sur la cible à une distance prédéterminée, jusqu'à ce que la ligne de visée de la tête chercheuse coupe la ligne de visée du viseur sur la cible ; après détermination de l'angle d'attaque on mémorise les valeurs de correction de l'angle d'harmonisation par le calculateur de conduite de tir. les valeurs de correction de l'angle d'harmonisation découlent des formules suivantes : et #LF ou #LF : angle d'harmonisation en azimut ou élévation entre le lanceur et la bride du viseur ##LF ou ##LF : valeur de correction pour #LF ou #LF #VF ou #VF : angle entre l'axe optique (OAV) ou la caméra de visée et la bride du viseur en azimut et en élévation ##VF ou ##VF : valeur de correction pour #VF ou #VF #M : angle de l' inclinaison du mât portant le viseur vers l'avant L : éloignement entre le viseur et la cible objet et 11.\f;l:nessen,l1.e;l:nessen : déports angulaires mesurés en azimut et en élévation. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses du dispositif : - l'installation pour déterminer de manière totalement auto- matique l'angle de commande pour aligner la tête chercheuse comprend les installations suivantes : - une installation qui, partant de la configuration de me- sure détermine, par des relations géométriques, les grandeurs d'entrée pour l'unité de mise en parallèle, - une installation de préparation traitant les grandeurs d'entrée destinée à l'unité de mise en parallèle, de façon à obtenir non pas une mise en parallèle des lignes de visée mais une convergence de celles-ci, pour que les valeurs émises par l'unité de mise en parallèle, c'est-à- dire l'angle de commande, alignent la ligne de visée de la tête chercheuse sur la cible à une distance prédéterminée, jusqu'à ce que la ligne de visée de la tête chercheuse coupe la ligne de visée du viseur au niveau de la cible ; - le calculateur de conduite de tir mémorise les valeurs de correction de l'angle d'harmonisation après détermination de l'angle de commande. - l'unité de mise en parallèle détermine les valeurs de cor- rection de l'angle d'harmonisation à partir des formules suivantes : avec dans ces formules : #LF ou #LF : angle d'harmonisation en azimut et élévation entre le lanceur et la bride du viseur ##LF ou ##LF : valeur de correction pour #LF ou #LF #VF ou #VF : angle entre l'axe optique (OAV) ou la caméra de visée et la bride de visée en azimut et en élévation ##VF ou ##VF : valeur de correction #VF ou #VF #M : angle de l'inclinaison vers l'avant du mât du viseur L : éloignement entre le viseur et la cible objet ##gemessenAP,##gemessenAPles déports angulaires en azimut et en élévation. On réalise ainsi une harmonisation totalement automatique et précise des lignes de visée du viseur et de la tête chercheuse d'un équipement d'armement embarqué dans un hélicoptère. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels : - la figure 1 est une vue schématique de l'angle de déport en azimut, - la figure 2 montre schématiquement l'angle de déport en élévation. Fréquemment il faut une préparation longue d'un équipement d'armement sur les hélicoptères de transport. A cet effet, il faut déterminer et compenser les tolérances mécaniques entre le viseur équipant le vecteur et les lanceurs fixés à côté du vecteur avec les munitions qui s'y trouvent (dont le poids et la taille sont identiques à ceux d'un engin volant réel) pour garantir le fonctionnement sur le terrain d'action. Cette opération consiste à aligner la tête chercheuse de l'engin volant, par exemple un engin volant PARS3 ou d'une arme ATA sur la cible saisie par le viseur. Selon l'invention, une procédure d'harmonisation, prévue uniquement à cet effet et à laquelle appartient le procédé selon la présente invention, doit se faire d'une manière totalement automatique. Le principe de base de l'harmonisation se fait de la manière suivante : le viseur d'un hélicoptère au sol est aligné sur un camion à une distance d'environ cent mètres. La copie de la tête chercheuse doit être alignée également sur la même cible. Usuellement, cela ne réussit que de manière limitée car on a des tolérances mécaniques. Les déviations qui se produisent sont enregistrées et mémorisées par une unité de traitement d'image et servent de valeurs de correction pour une intervention ultérieure. Le procédé selon la présente invention permet d'exécuter ce principe d' harmonisation notamment de déterminer l'angle d'attaque pour aligner la copie de la tête chercheuse d'une manière totalement automatique. En particulier jusqu'à présent il n'était pas possible, lors de l'harmonisation, de faire concorder les lignes de visée du viseur et la copie de la tête chercheuse sur la cible en un point d'intersection à courtes distances (entre environ 50 mètres et 100 mètres). Partant de la configuration des mesures (l'hélicoptère constituant le vecteur est au repos au sol, position d'une cible artificielle à environ 100 mètres de distance devant l'hélicoptère, inclinaison du mât de la patte de visée, position du lanceur), on détermine tout d'abord par des relations géométriques et des transformations correspondantes des coordonnées les données d'entrée d'une unité de mise en parallèle. Par le traitement des données ou grandeurs d'entrée dans l'unité de mise en parallèle, on aligne les valeurs que fournit en sortie l'unité de mise en parallèle, c'est-à-dire l'angle de commande, la ligne de visée de la copie de la tête chercheuse sur la cible à la distance prévue. Si dans ces conditions la ligne de visée de la copie de la tête chercheuse coupe la ligne de visée du viseur sur la cible, il n'y a plus de tolérance. Dans le cas contraire, il y a des tolérances mécaniques que peut déceler une unité de traitement d'image. Les grandeurs d'entrée sont appliquées à un circuit de traitement avant d'alimenter l'unité de mise en parallèle. Ce circuit de traitement prépare les grandeurs d'entrée pour avoir non pas une mise en parallèle des lignes de visée mais une convergence de celles-ci. L'unité de traitement calcule l'angle de déport, c'est-à-dire l'angle suivant lequel un viseur regarderait la cible s'il était mis à la place de la copie de la tête chercheuse (SKN). Ce calcul se fait avec les hypothèses suivantes : 1. Le plan sur lequel se trouve la cible et l'hélicoptère est sensiblement plan en bonne approximation et sans pente, 2. La distance entre le plan de la cible et l'hélicoptère est connue de même que l'inclinaison du mât portant le viseur, 3. L'hélicoptère est aligné pour que son axe longitudinal traverse la surface de la périphérie de la cible, 4. Toutes les indications angulaires servant aux calculs sont en radians, 5. Le système de coordonnées utilisées par le processeur d'attribution (AP) correspond aux conventions de la notice d'informations de l'aviation LN 9300. Les figures 1 et 2 montrent une projection sur le plan (110) (plan x-y) en azimut (fig. 1) et en élévation (fig. 2) représentant ces hypothèses qui englobent l'angle de déport dans le calcul. Pour cela, à la figure 1, la référence #Schiel représente par convention l'angle de déport en azimut et la référence #VF représente l'angle entre l'axe optique du viseur (OAV) ou de la caméra de visée et la bride de visée ; #yLKW représente le déport latéral du viseur dans le plan de la cible. Selon la figure 2, la référence #Schiel représente par convention l'angle de déport en élévation ; #VF représente l'angle entre l'axe optique du viseur (OAV) ou de la caméra de visée et la bride du viseur ; AZLKW représente le déport vertical du viseur dans le plan de la cible. L'origine du système de coordonnées de référence est fixé dans le viseur ; l'axe d'alignement est parallèle à celui du vecteur. Dans cette représentation, selon les figures 1 et 2, l'axe optique du viseur peut être considéré comme une flèche qui tourne sur une sphère (cercle tracé en trait plein) autour de la tête du viseur en azimut et en élévation. Cette flèche traverse le plan image à la distance L (L est l'éloignement entre le viseur et la cible) et cela à l'endroit où se trouve la cible objet. A l'endroit de la copie de la tête chercheuse, c'est-à-dire décalée à la distance AL dans la direction x (AL = différence entre l'éloignement viseur-cible et copie de tête chercheuse-cible) et dAZ ou dAZ dans la direction y (dAZ = distance entre le viseur et la copie de la tête chercheuse dans la direction y) et dEL dans la direction z (dEL = distance entre le viseur et la copie de la tête chercheuse dans la direction z), on veut avoir maintenant une seconde visée imaginaire dont l'axe optique est également une flèche rotative qui traverse le plan image à l'endroit de la cible objet (cercle tracé en pointillés). Le modèle d'un viseur imaginaire correspond à la question suivante : Sous quel angle un viseur placé à l'endroit de la copie de la tête chercheuse regarderait-il la cible objet ? Cet angle représente précisément l'angle de déport. On peut formuler ce problème en utilisant des matrices de rotation. Ces matrices correspondent de manière générale à la forme suivante : Matrice de rotation en azimut : Matrice de rotation en élévation : Le système de coordonnées nécessaire pour calculer l'angle de déport est placé avec son origine dans la tête du viseur réel et regarde selon (1,0,0) T , c' est-à-dire dans la direction x de l'axe longitudinal de l'hélicoptère. Pour le viseur réel, en tenant compte de l'inclinaison du mât #M (= angle d'inclinaison du mât du viseur vers l'avant) (= -4 = -0,0698 rad), et l'angle de cardan (angle entre la caméra du viseur et la bride du viseur) #VF et #VF (en azimut et élévation), la cible correspond à l'équation de transformation suivante : ou de façon correspondante : L'exposant T représente la matrice transposée. L' désigne le rayon d'une sphère entourant le viseur réel et dont l'enveloppe traverse la cible objet à la distance L (L'#L). Après multiplication l'équation (lb) se présente comme suit : Le premier composant du vecteur, c'est-à-dire la distance du point d'intersection dans la plan de la cible, est connu et est égal à L. On obtient ainsi également L'et les composants y et z. En résumé on a : La position du viseur imaginaire est décalée par rapport à l'origine des coordonnées du viseur réel selon le vecteur de translation T . Par une transformation, le vec- teur v dans le système de coordonnées du viseur réel devient un vecteur u dans le système de coordonnées du viseur imaginaire selon l'équation (4) suivante : Dans cette équation l'index Visier représente le viseur. Dans le cas présent, le vecteur de décalage est donné par la formule suivante : Pour sign(dAZ) on a : Le point d'intersection de l'enveloppe sphérique du viseur imaginaire et de l'enveloppe sphérique du viseur réel se produit dans le plan cible à l'endroit de la cible (x,y,z)T. Pour le viseur imaginaire à la place de la copie de la tête chercheuse on obtient ainsi l'équation de transformation suivante dans laquelle L" désigne le rayon de la sphère autour du viseur imaginaire : ou bien L'équation (8) représente un système d'équations non linaires avec trois inconnues dont on peut donner la solution sous une forme non fermée. Une recherche de la solution exacte n'est possible que par un procédé numérique et dépend fortement du choix des bonnes conditions initiales, ce qui n'est pas nécessairement le cas. Si toutefois pour l'harmonisation on se limite à un petit angle du viseur, on peut procéder à différentes simplifications de l'équation (8). En prenant par hypothèse un camion d'une longueur d'environ 10 mètres et d'une hauteur de 4 mètres, une évaluation grossière de l'ordre de grandeur de l'angle de déport prévisible donnera Dans ces formules schiet et 0 Schâtzung USchiel représentent respectivement l'angle évalué pour et pour # On peut ainsi, selon une bonne approximation dans l'équation (8), remplacer le terme cosinus par 1 et le terme sinus par son argument. Si on substitue les valeurs déjà obtenues de (x,y,z)T, on obtient le système d'équations suivant : Cela permet d'extraire les grandeurs recherchées Les valeurs x,y,z viennent des équations (3a, 3c, 3d). Les angles de déport calculés donnent une distribution correcte pour les données d'entrée de l'unité de mise en parallèle ; toutefois, il faut traiter l'angle de cardan de la tête chercheuse calculé de manière indirecte pour la copie de la tête chercheuse ou le processeur d'attribution car la copie de la tête chercheuse ou le processeur d'attribution opère dans un plan image avec des translations et qu'il faut d'abord les transformer en valeurs angulaires. Pour des mouvements de translation, l'ordre des opérations importe peu mais cela n'est pas le cas pour des rotations comme celles effectuées sur le châssis à cardan d'une tête chercheuse. La transformation par calcul des angles de la tête chercheuse en des grandeurs adaptées à la copie de la tête chercheuse ou au processeur d'attribution (AP) sera traitée brièvement ciaprès. La transformation d'un vecteur du système de la copie de la tête chercheuse dans le système du viseur se fait avec les rotations effectuées successivement sur #SK (#SK = angle de la position du lanceur par rapport à l'hélicoptère) (#LF + #M = angle entre la copie de tête chercheuse ou de la tête chercheuse et l'hélicoptère ; #LF = angle de tangage d'amortissement entre le lanceur et la bride du viseur en élévation), sur #SL,k (angle commandé pour le lanceur à tête chercheuse en élévation) et sur #SL,k (angle prévu pour la tête chercheuse-lanceur en azimut) ainsi qu'avec une translation T (voir l'équation (5)). En développant par multiplication les équations (12a) ou (12b) donnent les équations suivantes : A partir de l' exigence x = L -AL à l' endroit de la cible on a : Les angles pour une copie de tête de recherche de cible ou le processeur d'attribution transmis par le calculateur de conduite de tir (FCC) se détermine comme suit : #SL, #SL = angle d'azimut ou d'élévation, comman- dé de la caméra de la tête chercheuse par rapport aux lan- ceurs. Lorsque l'harmonisation est exécutée, le processeur d'attribution (AP) renvoie les différences d'angles me- surés ##gemessenAP,##gemessenAP,##gemessenAP Dans ces grandeurs, l'indice gemessen correspond à l'indice mesuré. Les déports obtenus correspondent à la différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle. Mais pour le contrôle d'harmonisation on ne sait pas comment répartir l'erreur d'harmonisation en composante en procédant de manière quantitative de sorte qu'il est absolument justifié de considérer par hypothèse que l'erreur provient exclusivement du viseur (position de la cible dans l'image du viseur = valeur réelle ; position de la cible dans l' image de la copie de tête chercheuse = valeur de consigne). La composante de roulis, (c'est-à-dire l'angle de roulis entre le lanceur et la bride du viseur) ##gemessenAP, comme indiqué ci-dessus ne sera plus prise en compte. Ainsi, la suite de l'analyse se limite à l'angle d'azimut ou angle d'élévation. Comme les erreurs angulaires dans l'image du vi- seur (système de coordonnées de plan) ont été obtenues, il faut les transformer en des angles correspondants du cardan du viseur (coordonnées sphériques) en tenant compte de l'ordre des rotations du cadre du cardan du viseur. Pour ce- la, le calculateur de conduite de tir transforme tout d'abord les angles mesurés par le processeur d'attribution gemessen AP, ou ##gemessenAP tout d'abord en longueur #y et #z pour calcu- ler à partir de là et à l'aide de l'équation (2) les angles adaptés du cardan du viseur. On a de façon analogue aux équa- tions (15a) et (15b) : Il en résulte : La relation entre Ay et Az avec les angles du cardan du viseur découle des équations (3c) et (3d) : Comme les déports angulaires prévisibles sont probablement très petits, on peut poser les conditions suivantes : DVVF. DeVF 1. cosyrVl, cosOAVFl, sinOylVDUrVF et sin8vF8vF On obtient ainsi le système d'équation suivante : La résolution selon les angles de cardan donne : On substitue les valeurs des équations (17a) et (17b) dans Ay et Az. Comme les valeurs de mesure du processeur d'attribution existent déjà dans le système de la bride du viseur, il n'y aura pas d'autres transformations. Il suffit de veiller à ce que les valeurs de correction soient l'inverse des déports angulaires d'erreurs obtenues. On ob- tient ainsi pour les valeurs de correction des angles d'harmonisation : ##LF = -##VF (21a) ##LF = -##VF (21b) Comme dernière étape de la procédure d'harmonisation il faut mémoriser les valeurs des équations (21a) et (21b) dans le calculateur de conduite de tir. REVENDICATIONS 1 ) Procédé pour préparer l'harmonisation totalement automatique des lignes de visée d'un viseur et d'une tête chercheuse d'un équipement d'armement installé dans un avion, caractérisé par les étapes suivantes : - alignement du viseur d'un avion seul sur une cible ponc- tuelle, - alignement d'une tête chercheuse sur la même cible ponc- tuelle, - enregistrement et mise en mémoire des déviations produi- tes par une unité de traitement d'image, sous forme de valeurs de correction pour une utilisation ultérieure, - détermination de l'angle de commande pour l'alignement de la tête chercheuse d'une manière totalement automati- que en mettant les lignes de visée du viseur et de la tête chercheuse de façon qu'elles se coupent sur la ci- ble et obtention des valeurs de correction des angles d'harmonisation. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination totalement automatique de l'angle de commande pour aligner la tête chercheuse comprend les étapes suivantes : à partir de la configuration de mesure et avec des relations géométriques : on détermine les grandeurs d'entrée pour une unité de mise en parallèle, on traite les grandeurs d'entrée pour l'unité de mise en parallèle dans une installation de traitement, de façon à réaliser une convergence des lignes de visée au lieu de rendre celles-ci parallèles, pour que les valeurs émises de l'unité de mise en parallèle, c'est-à-dire l' angle de commande, alignent les lignes de visée de la tête chercheuse sur la cible à une distance prédétermi- née, jusqu'à ce que la ligne de visée de la tête cher- cheuse coupe la ligne de visée du viseur sur la cible. 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par l'étape suivante : après détermination de l'angle d'attaque on mémorise les valeurs de correction de l'angle d'harmonisation par le calculateur de conduite de tir. 4 ) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les valeurs de correction de l'angle d'harmonisation découlent des formules suivantes : et #LF ou #LF : angle d'harmonisation en azimut ou élévation entre le lanceur et la bride du viseur ##LF ou ##LF : valeur de correction pour #LF ou #LF #VF ou #VF : angle entre l'axe optique (OAV) ou la caméra de visée et la bride du viseur en azimut et en élévation ##VF ou ##VF : valeur de correction pour #VF ou #VF #M : angle de l'inclinaison du mât portant le viseur vers l'avant L : éloignement entre le viseur et la cible objet et eemessen>9gemessen déports angulaires mesurés en azimut et en élévation. 5 ) Dispositif pour préparer l'harmonisation totalement automatique des lignes de visée du viseur et de la tête chercheuse d'un équipement d'armement d'un avion, caractérisé par les moyens suivants : - une installation pour aligner un viseur d'un avion au sol sur une cible ponctuelle, - une installation pour aligner une tête chercheuse sur la même cible ponctuelle, - une unité de traitement d'image pour enregistrer et mé- moriser les déviations produites comme valeurs de cor- rection pour une utilisation ultérieure et - une installation pour déterminer, de manière totalement automatique, l'angle d'attaque pour aligner la tête chercheuse qui fait se couper les lignes de visée du vi- seur et la tête chercheuse au niveau de la cible et pour ainsi déterminer les valeurs de correction de l'angle d'harmonisation. 6 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'installation pour déterminer de manière totalement automatique l'angle de commande pour aligner la tête chercheuse comprend les installations suivantes : une installation qui, partant de la configuration de me- sure détermine, par des relations géométriques, les grandeurs d'entrée pour l'unité de mise en parallèle, une installation de préparation traitant les grandeurs d'entrée destinée à l'unité de mise en parallèle, de façon à obtenir non pas une mise en parallèle des lignes de visée mais une convergence de celles-ci, pour que les valeurs émises par l'unité de mise en parallèle, c'est-à-dire l'angle de commande, alignent la ligne de visée de la tête chercheuse sur la cible à une distance prédéterminée, jusqu'à ce que la ligne de visée de la tête chercheuse coupe la ligne de visée du viseur au niveau de la cible. 7 ) Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le calculateur de conduite de tir mémorise les valeurs de correction de l'angle d'harmonisation après détermination de l'angle de commande. 8 ) Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'unité de mise en parallèle détermine les valeurs de correction de l'angle d'harmonisation à partir des formules suivan- tes : avec dans ces formules : #LF ou #LF : angle d'harmonisation en azimut et élévation entre le lanceur et la bride du viseur ##LF ou ##LF : valeur de correction pour #LF ou #LF #VF ou #VF : angle entre l'axe optique (OAV) ou la caméra de visée et la bride de visée en azimut et en élévation ##VF ou ##VF : valeur de correction #VF ou #VF #M : angle de l'inclinaison vers l'avant du mât du viseur L : éloignement entre le viseur et la cible objet ##gemessenAP,##gemessenAP les déports angulaires en azimut et en élévation.