Brevet FR2794230A1 — publié le 20001201

SYSTEME D'ENTRAINEMENT AU TIR SUR CIBLE SIMULEE La présente invention concerne un système d'entraînement au tir en environnement réel sur une cible mobile à partir d'une arme tirant une munition de caractéristiques connues vers une cible aérienne mobile, ce système mettant en oeuvre une arme factice. L'invention trouve une application particulièrement importante dans l'entraînement au tir sol-air de missiles, avec visée oculaire. Actuellement, l'entraînement s'effectue en salle et sur le terrain. Les simulateurs en salle manquent de réalisme, ainsi que les simulateurs sur le terrain utilisant une simple désignation radar. L'intervention sur le terrain d'un avion plastron est coûteuse (et pour cette raison ne fait appel en général qu'à un seul avion) et tributaire des possibilités météorologiques. La présente invention vise à fournir un poste de tir et un système complet d'entraînement au tir par simulation, permettant d'obtenir un maximum de réalisme, à un coût faible, avec une large possibilité d'adaptation à l'arme à simuler et de choix de scénarios à cible unique ou cibles multiples. Dans ce but, l'invention propose notamment un système comprenant au moins un poste de tir ayant : une arme factice orientable munie d'un viseur fournissant une image de l'environnement à un opérateur ; des capteurs de la position et de l'orientation de l'arme factice dans un repère absolu ; des moyens de calcul reliés aux capteurs et prévus pour recevoir un vecteur d'état représentant l'évolution de la position et de l'orientation d'au moins une cible virtuelle au cours d'un scénario, pour générer une représentation de la cible et pour incruster la représentation dans l'image de l'environnement fournie par le viseur ; et des moyens d'indication de l'instant de déclenchement aux moyens de calcul, les dits moyens de calcul étant programmés pour déterminer le parcours fictif de la munition simulée, et le comparer au trajet de la cible et éventuellement déterminer l'existence d'un impact. Les capteurs de mesure de la position de l'arme et de sa position angulaire peuvent comprendre au moins un récepteur GPS différentiel et interférométrique, éventuellement complété par des accéléromètres intégrateurs ( si l'arme est déplaçable) et/ ou des gyromètres recalables par le ou les récepteurs GPS et à réponse plus rapide. Ces capteurs complémentaires peuvent être bas de gamme, puisqu'ils sont recalés fréquemment. Dans le cas d'une arme orientable sur affût fixe, les moyens de mesure de l'emplacement peuvent être montés sur l'affût plutôt que sur l'arme elle-même. Les moyens de calcul peuvent comporter une base de données contenant un modèle numérique de terrain restituant les reliefs de l'environnement, pour l'entraînement sur terrain accidenté. Le logiciel chargé dans les moyens de calcul utilise alors ces données pour déterminer si la cible est masquée par le relief et, dans ce cas, cesser de l'incruster. Il existe de nombreux moyens d'incrustation de la représentation de la cible. Une première solution consiste à utiliser une caméra vidéo numérique qui reçoit l'image destinée au viseur ; la représentation de la cible est incrustée par voie électronique dans l'image vidéo qui est affichée sur un écran de visualisation qui voit l'opérateur. Cette solution permet de tenir compte de façon simple des reliefs proches, qui apparaîtront flous sur une image provenant d'une mise au point à l'infini. Il suffit en effet de les mémoriser au cours d'un panoramique préliminaire. De tels reliefs seront toujours traités comme masquant la cible. Une autre solution utilise une simple lame semi-transparente. Il existe déjà des programmes d'ordinateur permettant de visualiser une cible en trois dimensions, à partir d'une définition mémorisée et du vecteur d'état, notamment des composantes indiquant le cap et les angles de roulis et de tangage. De tels programmes sont utilisés sur des jeux vidéo. Pour des applications militaires, le système comportera en général plusieurs postes de tir et un poste central, reliés par radio. Dans ce cas, le vecteur d'état de la cible ou de chaque cible est fourni à tous les postes de tir par le poste central ; le poste central reçoit, en retour, les informations sur l'acquisition de la cible dans le cas d'une munition à auto- directeur, l'instant du tir et l'orientation de l'arme à l'instant du tir. Les calculs nécessaires pour déterminer s'il y a impact sont effectués soit au poste de tir, soit au poste central . Dans les deux cas le poste central fait disparaître la représentation de la cible en cas d'impact. L'invention est également applicable à l'entraînement au tir sportif (le tireur devant vérifier s'il s'agit d'une cible autorisée en cas de simulation d'une action de chasse), voire même à la constitution de jeux vidéo de simulation. Tous les éléments de mise en oeuvre de l'invention sont alors regroupés en général en un poste de tir unique Dans tous les cas, l'action se déroule sur le terrain, c'est- à-dire avec beaucoup plus de réalisme qu'en salle. Le système est utilisable aussi bien sur site dédié qu'en terrain ouvert, puisqu'il n'y a pas de cible réelle. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe montrant une répartition des principaux composants du système sur le terrain ; - la figure 2 est un schéma de répartition des moyens de mise en oeuvre entre le poste central et chaque poste de tir ; - la figure 3 est un organigramme d'un programme utilisable pour la mise en oeuvre du système ; et - la figure 4 est un schéma montrant un mode possible d'incrustation. Sur la figure 1 sont schématisés, dans un environnement réel présentant des reliefs, un poste central 8, deux postes de tir 10 et des cibles virtuelles 12 et 14. Le poste de tir 10 est constitué d'un affût 18 sur lequel est montée une arme factice 20, munie d'un viseur 21. Cette arme peut utiliser les composants mécaniques, électriques et optiques de l'arme réelle à simuler. Elle est complétée par une électronique qui peut être logée dans le tube de l'arme et des moyens opto-électro niques d'incrustation d'image. Des moyens 22 de mesure de la position et de l'attitude de l'arme (figure 2) sont portés par cette dernière. Ils pourraient être aussi bien scindés en deux parties, constituées par des moyens de mesure de position montés sur l'affût 18 et des moyens de mesure d'attitude portés par l'arme 20, sauf dans le cas d'une arme tirée à l'épaule. Les moyens de mesure de position sont constitués en règle générale par un récepteur GPS en mode différentiel, utilisant les signaux reçus d'une constellation de satellites en orbite basse. Les moyens de mesure d'attitude peuvent utiliser une interférométrie sur les émissions des satellites GPS. Lorsque le récepteur reçoit les émissions d'un nombre suffisant de satellites de la constellation GPS, il est possible d'arriver à une précision de localisation de quelques dizaines de centimètres et à une précision sur l'orientation inférieure au degré. Pour affiner la précision, l'arme peut être également munie de capteurs de mesure d'angle ou de gyromètres à temps de réponse court qui sont éventuellement recalés par voie GPS en dehors des périodes d'évolution rapide de l'arme. Chaque poste de tir 10 comporte un calculateur 20 qui reçoit les signaux de sortie des moyens de mesure 22 ainsi que des signaux supplémentaires d'origine locale indiquant par exemple l'instant de tir, les caractéristiques de la munition simulée, etc... Le calculateur reçoit également -les informations communiquées par le poste central identifiant la nature de la cible (ou de chaque cible) et permettant de reconstituer la position à donner à la représentation de la cible dans le viseur ainsi que - les informations qui permettent d'en donner une représentation réaliste en taille et en aspect. Les premières informations peuvent notamment être les cordonnées terrestres ( longitude L, latitude 1 et altitude h) de la cible à des instants successifs, permettant au calculateur du poste de tir de reconstituer la position apparente et la distance. Les secondes peuvent être des angles de lacet, roulis et tangage ou, mieux , des angles directeurs dans le repère commun au poste central et au poste de tir. L'ensemble constitue un vecteur d'état . A partir de ces éléments et d'une bibliothèque de représentations mémorisée au poste de tir, le calculateur peut élaborer, par un processus connu de synthèse graphique, l'image à incruster. Le calculateur peut également augmenter le réalisme de la scène en générant des effets optiques ou sonores, tels que l'éblouissement du viseur à l'instant d'allumage de la charge propulsive ou de l'explosion. Il peut également provoquer, à partir d'informations reçues du poste central, la simulation de leurres. Dans le cas d'une arme simulant un lanceur de missile à auto-directeur, le calculateur peut également recevoir des signaux provenant du viseur et indiquant l'accrochage sur la cible. A tout instant, le calculateur 24 dispose en effet de la nature de la munition sélectionnée, et donc de ses caractéristiques stockées en mémoire, et des caractéristiques de position et d'attitude de l'arme 20, fournies par les moyens 22. Dans le cas d'un engin guidé, le trajet de l'engin peut être commandé par simulation à partir du pointage de l'arme et d'informations mémorisées sur les contraintes, notamment de manoeuvrabilité de l'engin. Le calculateur 24 non seulement reçoit des informations provenant du poste central , qui seront décrites plus loin, mais aussi lui restitue des indications sur le résultat de chaque tir effectué. Pour cela, le calculateur 24 est relié à un module de liaison radio 26 comportant un modem et un émetteur-récepteur. Les liaisons du poste central avec les différents postes de tir peuvent s'effectuer par exemple en mode à accès partagé. Le poste central 8 est équipé de moyens de mesure de sa position 28 par GPS différentiel et d'un module de liaison comportant un modem 30 et un émetteur-récepteur 32. Il comporte également des moyens de génération d'un scénario, Ces moyens comprennent un calculateur pouvant, suivant le cas, générer une séquence aléatoire mais tenant compte des caractéristiques de la cible à simuler et des contraintes liées au terrain, mémorisée sous forme d 'un fichier informatique, ou choisir parmi plusieurs scénarios prédéterminés stockés en mémoire ou bien encore pilotés en temps réel par un opérateur. Le calculateur 34 sera configurable soit au cours d'une phase préliminaire de préparation en y mémorisant les caractéristiques de la cible ou de cibles de plusieurs types différents, un modèle numérique du terrain où le poste central sera implanté et éventuellement des scénarios adaptés au type d'arme et de cible. La figure 3 est un synoptique d'un mode possible de mise en oeuvre de l'invention dans un système comportant un poste central et au moins un poste de tir. Les opérations indiquées sur la figure correspondent aux échanges entre le poste central et un seul des postes de tir, disposé à un emplacement qui reste immuable pendant le scénario de sorte qu'il n'est pas nécessaire de répéter des calculs de localisation. La position géographique du poste de tir, définie. par exemple par sa longitude L, sa latitude 1 et son altitude a, est déterminée localement par GPS puis mémorisée au poste de tir. Les angles définissant l'orientation de l'arme (élévation et azimut par exemple) sont ensuite déterminés en permanence. Au cours du scénario, le poste central envoie de façon répétitive le vecteur d'état définissant une cible, conformément à une séquence mémorisée ou élaborée en temps réel. Un processus d'interpolation ou d'extrapolation permettant de donner une représentation sans à-coups des déplacements de la cible virtuelle dans le viseur peut être prévue au poste de tir. Le calculateur du poste de tir détermine tout d'abord, à partir des coordonnées de la cible, de l' orientation de l'arme et du champ de vue du viseur, si la cible est dans le champ. Si ce n'est pas le cas, il y a retour à l'opération de mesure. Si la cible est dans le champ, le calculateur détermine, en utilisant un modèle numérique de terrain mémorisé, si la cible est ou non masquée. Si la cible n'est pas masquée, sa représentation est élaborée par synthèse graphique à partir d'un bibliothèque mémorisée au poste de tir et incrustée dans le viseur. Parallèlement le calculateur au poste de tir prend en compte les opérations commandées par l'opérateur et les traite pour par exemple déterminer d'abord s'il y a acquisition de la cible. Au moment du tir le calculateur détermjne le résultat par comparaison de la situation lors du tir et des caractéristiques mémorisées de la munition. Pour augmenter le réalisme, des effets sonores ou visuels peuvent être générés localement et même la trajectoire de la munition peut être simulée et incrustée dans des réalisations particulièrement élaborées. Le résultat déterminé par le calculateur au poste de tir est transmis au poste central pour que celui-ci mémorise les actions et fasse disparaître la cible en cessant d'envoyer son vecteur d'état si 'il est déterminé que le tir réel aurait provoqué la destruction de la cible. De nombreux modes d'incrustation de l'image de la cible sont possibles. Dans le cas illustré en figure 4, le viseur normal est remplacé par un viseur 21 donnant l'image au plan focal d'une caméra 36visant dans la même direction qu'un viseur réel . Dans l'image sont incrustées les indications que l'opérateur voit dans un viseur réel. Les images obtenues par synthèse graphique sont incrustées dans l'image de la caméra à un emplacement déterminé par le calculateur 24 du poste de tir à partir des informations reçues et des données contenues dans la bibliothèque de cibles 38. Dans un autre mode de réalisation, une lame semi-transparente oblique est interposée sur le trajet de la lumière dans le viseur normal et permet de juxtaposer , à l'image de l'environnement, la représentation de la cible provenant par exemple d'un écran plat à plasma ou à cristaux liquides. Une autre solution encore consiste à placer un écran transparent, sauf là où il représente une cible, dans un plan focal intermédiaire du viseur. REVENDICATIONS 1. Système comprenant au moins un poste de tir (10) ayant . une arme factice orientable munie d'un viseur (21) fournissant une image de l'environnement à un opérateur ; des capteurs (22) de la position et de l'orientation de l'arme factice dans un repère absolu ; des moyens de calcul (24) reliés aux capteurs et prévus pour recevoir un vecteur d'état représentant l'évolution de la position et de l'orientation d'au moins une cible virtuelle au cours d'un scénario, pour générer une représentation de la cible et pour incruster la représentation dans l'image de l'environnement fournie par le viseur ; et des moyens d'indication de l'instant de déclenchement aux moyens de calcul, les dits moyens de calcul étant programmés pour déterminer le parcours fictif de la munition simulée, et le comparer au trajet de la cible et éventuellement déterminer l'existence d'un impact. 2. Système suivant la revendication 1, dont les capteurs d'emplacement de l'arme et de sa position angulaire comprennent au moins un récepteur GPS différentiel et interférométrique, éventuellement complété par des accéléromètres intégrateurs et/ ou des gyromètres recalables par le ou les récepteurs GPS. 3. Système suivant la revendication 1, dont les moyens de calcul comportent une base de données contenant un modèle numérique de terrain restituant les reliefs de l'environnement, pour l'entraînement sur terrain accidenté. 4. Système suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le logiciel chargé dans les moyens de calcul utilise les données pour déterminer si la cible est masquée par le relief et, dans ce cas, cesser de l'incruster. 5. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'incrustation de la représentation de la cible comprennent une caméra vidéo numérique (36) qui reçoit l'image destinée au viseur et des moyens pour incruster la représentation de la cible par voie électronique dans l'image vidéo qui est affichée sur un écran de visualisation que voit l'opérateur. 6. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'incrustation de la représentation de la cible comprennent une lame semi- transparente recevant d'une part une image de la scène vue par le viseur et d'autre part l'image à insérer générée par synthèse graphique. 7. Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comportant plusieurs postes de tir (10) et un poste central (8), relié par radio aux postes de tir et fournissant le vecteur d'état de la cible ou de chaque cible à tous les postes de tir.