Brevet FR2788845A1 — publié le 20000728

La présente invention concerne les dispositifs d'aide au tir et elle vise plus particulièrement une conduite de tir destinée à équiper des armes à projectiles non guidés, qu'il s'agisse d'armes à tir en rafale, notamment de mitrailleuses, d'armes à tir coup par coup, notamment de lance-roquettes et lanceurs de projectiles, antichars ou antiblindés, et de lanceurs haute impulsion. Les armes peuvent être épaulables ou non, à faible ou fort recul, les cibles visées pouvant être fixes ou mobiles. On sait que les armes susceptibles de tirer des projectiles non guidés nécessitent, pour améliorer leur probabilité d'atteinte des cibles, pour augmenter leur domaine d'emploi ou prendre en compte des cibles mobiles, des moyens permettant d'assurer une désignation d'objectif vers un but futur, afin de compenser principalement la flèche des projectiles balistiques et le déplacement des cibles. Il peut être aussi intéressant, en fonction du type de munitions et de la précision souhaitée, de prendre en compte d'autres facteurs de dispersion comme par exemple, la vitesse et la direction du vent, la température, la pression atmosphérique, le devers de l'arme, etc... Des dispositifs connus (FR-A-2 140 699, 2 075 391 et 2 496 251) utilisent pour résoudre le problème ainsi posé, un télémètre laser pour mesurer l'éloignement de la cible et calculer sa vitesse radiale, des capteurs de vitesse angulaire pour calculer la vitesse transversale de la cible et éventuellement d'autres capteurs, notamment pour mesurer la vitesse et la direction du vent, la température ambiante, le devers de l'arme... Les informations ainsi recueillies sont entrées dans un calculateur qui, pour que le projectile tiré atteigne sa cible, doit définir, en tenant compte des caractéristiques dudit projectile, un angle de hausse et établir une correction en gisement. Le point de visée corrigé est indiqué au tireur dans son viseur par des moyens optiques ou optomécaniques. Ces dispositifs connus présentent l'inconvénient d'être liés à un type d'arme ou à un projectile particulier. La présente invention se propose d'apporter un dispositif de conduite de tir qui peut être facilement monté sur des armes de type différent, en particulier des armes à tir en rafale, à tir au coup par coup, épaulables, non épaulables, à fort ou faible recul, notamment les mitrailleuses, les lance-roquettes et les lanceurs de projectiles antichars ou antiblindés, et les lanceurs haute impulsion, les cibles visées pouvant être fixes ou mobiles. Ainsi, la présente invention se propose de résoudre le problème consistant à réaliser un dispositif de conduite de tir présentant la meilleure polyvalence possible. A partir d'un module de base commun, on peut: - adapter pour la visualisation du point de visée corrigé, un dispositif optique spécifique à chaque besoin, - installer selon la variante un dispositif optique complémentaire destiné à ]0 procurer un grossissement de l'image optique ou à permettre le tir de nuit. - ajouter une interface de fixation spécifique aux armes choisies; En conséquence, la présente invention a pour objet un dispositif de conduite de tir caractérisé en ce qu'il comporte: - Un premier module, ou module de base, regroupant: - des capteurs, de mesure de la distance séparant le tireur de la cible, de mesure de la vitesse angulaire de la cible, et de mesures complémentaires de prise en compte de paramètres secondaires, - un support d'informations recevant les données caractéristiques du projectile, - un calculateur recevant les résultats des mesures provenant desdits capteurs ainsi que les données relatives au projectile transmises par ledit support d'informations, ce calculateur assurant les calculs de hausse et de gisement et, - un moyen de calcul traduisant les angles de hausse et de gisement calculés, sous forme d'angles de rotation exploitables par le dispositif d'affichage du point de visée corrigé. - Un second module constituant le dispositif d'affichage du point de visée corrigé pour lequel on distinguera deux variantes, A et B. La variante A s'applique aux armes ne nécessitant pour la visée qu'une zone de débattement oculaire limitée, notamment les armes épaulables. La variante B s'applique aux armes nécessitant pour la visée une zone de débattement oculaire importante, par exemple les mitrailleuses. - Une interface mécanique permettant la fixation du dispositif de conduite de tir sur l'arme, et, en option - Un troisième module, dispositif optique complémentaire destiné à étendre les capacités opérationnelles de l'arme à des conditions particulières notamment le tir de nuit. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, lesquels se réfèrent à des exemples de réalisation non limitatifs. Sur les dessins: Les figures la et lb sont des schémas de principe de l'invention pour ses variantes A et B, c'est à dire équipé d'un module constituant le dispositif d'affichage îo du point de visée corrigé de variante A ou B. La figure 2 est également une représentation schématique, en vue de coté illustrant l'architecture d'une conduite de tir selon la présente invention, montée sur une arme ne nécessitant pour la visée qu'une zone de débattement oculaire limitée, par exemple un lance-roquette épaulable. La figure 3 est également une représentation schématique similaire à la figure 2 en vue de coté d'un exemple de réalisation de l'invention dans lequel, I'arme sur laquelle est montée la conduite de tir est une arme nécessitant pour la visée une zone de débattement oculaire importante, ici une mitrailleuse. La figure 4 est un schéma relatif au mode de calcul des angles de rotation à donner au déviateur pour la variante A. La figure 5 est une représentation schématique du dispositif d'affichage du point de visée pour la variante A. La figure 6 est une représentation schématique du viseur à axe de visée mobile pour la variante B, La figure 7 est un schéma destiné à illustrer un exemple de principe de la visée pouvant être mis en oeuvre dans la variante B. En se référant aux figures la et lb, on voit que la conduite de tir, objet de la présente invention comporte essentiellement: un module de base désigné dans son ensemble par la référence 10, un second module désigné dans son ensemble par la référence 11 + 12 ou la référence 11' + 12' selon la variante et une interface mécanique désignée par la référence 8 assurant la liaison des modules précités à l'arme. Le premier module 10 comprend: - un capteur 1 de mesure de la distance entre le tireur et la cible. Il s'agit d'un télémètre à sécurité oculaire présentant des caractéristiques, en particulier de portée, permettant de couvrir tous les besoins opérationnels des armes susceptibles de recevoir le dispositif objet de la présente invention; un capteur 2 de mesure de la vitesse angulaire de la cible autour d'un axe vertical passant par le tireur, ce capteur pouvant être réalisé sous la forme d'un gyromètre par exemple. Un moyen équivalent peut être, si nécessaire, ajouté pour assurer la mesure de la vitesse angulaire de la cible dans un plan vertical, ceci afin de prendre en compte des cibles animées d'une vitesse verticale importante; - éventuellement, des capteurs 3 de mesures complémentaires pour prendre en compte des paramètres secondaires telles que la vitesse et la direction du vent qui peuvent être mesurées a l'aide par exemple d'un anémomètre, le devers de l'arme qui peut être mesuré à l'aide par exemple d'un inclinomètre. Ces capteurs complémentaires peuvent être installés, pour une application précise, après analyse du rapport gain en performance sur coût. - un support d'informations 4 contenant les données relatives aux caractéristiques balistiques de la munition tirée par l'arme sur laquelle est monté le système de conduite de tir objet de l'invention. Ce support peut être réalisé, par exemple, de manière à assurer la plus grande polyvalence possible, par une mémoire de stockage placée sur une carte externe enfichable selon les besoins, chaque type de munition possédant sa propre carte. - un calculateur 5 auquel sont transmis d'une part, les résultats des mesures provenant des capteurs 1 à 3 et d'autre part, les caractéristiques balistiques de la munition provenant du support 4. Selon la présente invention, en ce qui concerne le calculateur 5, on distingue deux fonctions essentielles: I'estimation de la vitesse et de l'accélération angulaire de la cible et la prédiction du but futur à l'impact par rapport à la conduite de tir, c'est-à-dire la prédiction de la direction du pointage de l'arme. L'estimation de la vitesse et de l'accélération angulaire est réalisée, selon la présente invention, par la mise en place d'un filtre de Kalman, recevant en entrée les mesures en distance de la cible, les mesures de vitesse angulaire de la cible et éventuellement des mesures de paramètres complémentaires. On sait que le filtrage de Kalman est une méthode classique de l'automatique contemporaine de filtrage optimal, dont la mise en oeuvre est devenue possible grâce au développement des capacités des calculateurs numériques. Son principe est de confronter les mesures en entrée du filtre avec l'estimation courante des caractéristiques cinématiques de la cible, calculée en prenant en compte un modèle mathématique de son mouvement. L'écart observé correspond soit à un bruit de mesure, soit à un mouvement réel de la cible ne correspondant pas parfaitement aux hypothèses de modélisation retenues. Les algorithmes du filtre permettent de déterminer la part d'information utile contenue dans ce résidu, en prenant en compte les variations dues aux erreurs de mesure et aux erreurs d'estimation liées au modèle. Les réglages du filtre seront déterminés à partir de la connaissance de la distance cible-tireur. Pour le système retenu, il paraît judicieux de supposer les accélérations angulaires absolues et la vitesse radiale relative de la cible par rapport au tireur comme étant constantes. Ces choix rendent les performances de la conduite de tir compatibles avec les cibles agiles (ayant une accélération). Selon l'invention, la prédiction de la direction de pointage de l'arme utilisera les résultats des algorithmes précédents, tout d'abord pour déterminer le temps de vol des projectiles, puis pour déterminer les corrections de pointage a effectuer, compte-tenu de la nature balistique des tirs, vers la position attendue de la cible à l'impact. Ce premier module 10 comporte en outre, désigné par la référence 6, un moyen de calcul des angles de rotation à donner au déviateur ou au viseur à axe de visée mobile. Sa fonction est de calculer les angles de rotation X, et c2 devant être donnés au déviateur 11 ou au viseur à axe de visée mobile 11' + 12', c'est-à-dire, comme on le verra ci-après, soit aux prismes des diasporamètres dans le cas de la variante A soit aux excentriques sur lesquels est monté le point matérialisant l'axe de visée dans le cas de la variante B. Ce moyen de calcul 6 calcule donc lesdits angles d'orientations à partir des caractéristiques, soit desdits diasporamètres soit desdits excentriques, stockées dans les modules 11 ou 1 1'. Dans le cas des prismes des diasporamètres, les caractéristiques prises en compte sont les angles de déviation des prismes Dans le cas des excentriques, la caractéristique prise en compte est l'angle de déflexion équivalent, soit e/f (e étant la valeur de l'excentricité et f la focale de l'objectif). Dans les deux cas, on calcule (a, et a(2 de manière à ce que la somme vectorielle des déviations soit égale à la déviation de l'axe de visée M (voir la figure 4 et la figure 7). Si l'approximation linéaire s'avère insuffisante, (cas des grands angles de déviation), I'algorithme se complique en intégrant: - pour les systèmes de diasporamètres à prismes, l'effet de la distorsion du prisme en fonction de a1 et a2. - pour les systèmes à excentriques, la distorsion de l'objectif (loi angle de visée/position du réticule), I'addition vectorielle restant valide dans le plan du réticule, Le second module désigné par la référence 11 + 12 ou 11' + 12' est spécifique de l'arme à laquelle est appliqué le dispositif de conduite de tir objet de o0 l'invention. Ce module est donc réalisé selon deux variantes, la première (variante A) s'applique à une arme ne nécessitant pour la visée qu'une zone de débattement oculaire limitée, notamment les armes épaulables, et la seconde (variante B) s'applique à une arme nécessitant pour la visée une zone de débattement oculaire importante, notamment les mitrailleuses: 1) Variante A (figure 5). Elle comporte un système de visée à faible pupille d'entrée associé le plus souvent à un grossissement élevé (par exemple G = 3). Un système de deux doubles prismes achromatiques dans le visible, 14a et 14b entraînes en rotation par des moteurs respectivement 15a et 15b est placé devant le dispositif de matérialisation de la ligne de visée désigné dans son ensemble par la référence 12 (lunette à réticule, pointeur laser, viseur clair...) dans le cas de la figure 5 cet ensemble 12 est une lunette à réticule 16 fixe. Chaque prisme dévie l'axe de visée de a et, dans le cadre de l'approximation linéaire, les déviations s'ajoutent et l'on a: Hausse = a (sin ai + sin a2) - Gisement = a (cos a1 + cos a2) 2) Variante B (figure 6). Elle comporte un système de visée à grande zone de débattement oculaire et à grossissement du paysage égal à 1 et fonctionne par déplacement du point de visée. La pupille d'entrée imposée par la zone de débattement oculaire est trop grande pour que l'on puisse y positionner des prismes de dimensions acceptables. On peut donc envisager plusieurs solutions, celle décrite ci-après ne constituant qu'un exemple de réalisation. Ce mode de réalisation est illustré schématiquement par la figure 6. Un point de visée 17, (par exemple un réticule, une diode laser, fibre optique...) formant le générateur d'axe de visée, est porté par un système à double excentrique schématisé par la référence 18 présentant la même excentricité e (voir aussi la figure 7). Etant donné que les deux excentriques présentent la même excentricité e, la position du réticule mobile dans son plan est donnée par: x = e (cos a(1 + Cos a2) Gisement = x/f y = e (sin a, + sin a2) Hausse = y/f L'axe de visée est superposé à l'image du paysage à l'aide d'un mélangeur. Le générateur d'axe de visée et le mélangeur sont référencés en 12' (Fig. lb). lo Le dispositif selon l'invention comporte en outre une interface mécanique 8 permettant sa fixation sur l'arme choisie. Le troisième module optionnel 13 est un dispositif optique complémentaire. En effet, il peut être intéressant dans des cas particuliers, notamment le tir de nuit, le tir sur des cibles lointaines... de disposer d'une interface optique utilisateur adaptée. Par exemple dans le cas de la mitrailleuse o la visée nécessite une zone de débattement oculaire importante, la variante B ne procure qu'un grossissement de 1 le diamètre des optiques limitant ce grossissement. Il peut être néanmoins intéressant, pour placer précisément la première balle de disposer d'un grossissement. Le dispositif optique complémentaire sera alors une lunette grossissante escamotable. La figure 2 représente de façon schématique l'architecture d'une arme ne nécessitant pour la visée qu'une zone de débattement oculaire limitée par exemple un lance-roquette antichar, muni d'une conduite de tir objet de l'invention. Sur cette figure, l'arme a été désignée par la référence 9. Le dispositif de conduite de tir dont elle est équipée comporte le module de base 10 tel que défini ci-dessus ainsi que le second module comprenant, le déviateur 11, du type correspondant à la variante A également décrite ci-dessus et le système de matérialisation de ligne de visée désigné par la référence 12. L'interface mécanique 8 permet d'assurer la liaison du dispositif de conduite de tir (modules 10, 11 + 12) avec l'arme 9. Le mode de réalisation illustré par la figure 3 se réfère à la mise en oeuvre du dispositif de conduite de tir selon l'invention sur une arme nécessitant pour la visée une zone de débattement oculaire importante, par exemple une mitrailleuse. Sur cette figure, on retrouve les mêmes éléments que ceux de la figure 2, affectés des mêmes références, mais dans ce cas l'ensemble module 11' + 12' correspond à la variante B décrite ci-dessus. De même: - I'ensemble 11', composé d'un servo- mécanisme et d'un double excentrique,correspond au déviateur 11, - I'ensemble 12' correspond au système de matérialisation de ligne de visée 12; 11' et 12' formant un viseur à axe de visée mobile. La visée avec le dispositif selon l'invention tel que décrit ci-dessus s'effectue de la manière suivante: 1) phase d'acquisition et de calcul: le tireur positionne son axe de visée sur la cible et la suit: cette action permet aux capteurs 1, 2, 3 d'effectuer les mesures nécessaires de distance de la cible et de ses vitesses radiale et angulaire et éventuellement des paramètres complémentaires. Les données recueillies à partir des résultats des mesures effectuées par les capteurs sont traitées par le calculateur 5 qui reçoit en outre les données relatives aux caractéristiques du projectile fournies par le support d'informations 4, et qui calcule les corrections angulaires (hausse et gisement) à donner à l'arme pour que le projectile atteigne la cible. Pour le tireur, cette correction est matérialisée par le déplacement relatif de l'image de la cible par rapport à la ligne de visée. 2) phase de repointage de l'arme: le tireur replace le nouveau point de visée sur la cible et fait feu. La durée de validité du point de visée corrigé est matérialisée, par exemple par l'allumage d'une diode. La lecture de la description qui précède montre que la conception du dispositif de conduite de tir selon l'invention en trois modules et une interface assure la fonction de polyvalence en permettant d'obtenir des caractéristiques suffisamment universelles pour pouvoir s'intégrer à des armes différentes, en particulier les armes antichars et antiblindés et les mitrailleuses. Toujours dans un souci de polyvalence, le déviateur 11, dans la variante A, est conçu de manière à pouvoir recevoir selon les besoins, des dispositifs de matérialisation de la ligne de visée 12, d'origine et de caractéristiques différentes destinés à procurer un grossissement de l'image optique ou des capacités de tir de nuit. Dans le même souci de polyvalence, la variante B peut être équipée de dispositif optique complémentaire 13 permettant de s'adapter à des conditions d'environnement particulières. Selon l'invention, les caractéristiques des prismes du déviateur 11 ou les caractéristiques des excentriques sont logées dans les dispositifs d'affichage du point de visée corrigé pour être transmises au moyen de calcul 6 dans le but d'assurer une parfaite interchangeabilité des différents modules. Parmi les autres avantages apportés par la présente invention, on peut citer notamment les suivants: - une augmentation sensible de la portée utile de combat, pour une probabilité d'atteinte donnée; - une augmentation de la probabilité d'atteinte à la portée utile de combat; une meilleure prise en compte des cibles mobiles, c'est-à- dire des cibles à vitesse constante, et, - la possibilité de traiter des cibles agiles (cibles en accélération). Par ailleurs, la conduite de tir, objet de la présente invention peut être réalisée à un faible coût de revient, ce qui permet d'augmenter, significativement, les performances d'armes à projectile balistique, sans nouvelle contrainte pour les tireurs. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits et/ou mentionnés ci-dessus mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de conduite de tir destiné à équiper tant des armes ne nécessitant pour la visée qu'une zone de débattement oculaire limitée, que des armes nécessitant pour la visée une zone de débattement oculaire importante, caractérisé en ce qu'il comporte: - un premier module ou module de base (10) regroupant: - des capteurs (1, 2, 3) de mesure de la distance séparant le tireur de la cible, de mesure de la vitesse angulaire de la cible, et de mesures complémentaires de prise en compte de paramètres secondaires; - un support d'informations (4) recevant les données caractéristiques du projectile, - un calculateur (5) recevant les résultats des mesures provenant desdits capteurs (1, 2, 3) ainsi que les données relatives au projectile transmises par ledit support d'informations (4), ce calculateur (5) assurant les calculs de hausse et de gisement et, - un moyen de calcul (6) des angles de rotation (ai1 et Cl2) servant à piloter la correction de la visée; - un second module (11 + 12 ou 11' + 12'), dispositif d'affichage du point de visée corrigé, constitué: - pour les armes ne nécessitant pour la visée qu'une zone de débattement oculaire limitée, par un déviateur (11), tel qu'un diasporamètre, et un système de matérialisation de ligne de visée quelconque (12), tel que notamment une lunette à réticule, un pointeur laser, un viseur clair... - pour les armes nécessitant pour la visée une zone de débattement oculaire importante, par un viseur à axe de visée mobile composée lui-même d'un sous- ensemble (11') composé d'un servo-mécanisme et d'un double excentrique et d'un sous-ensemble (12') composé d'un générateur d'axe de visée et d'un mélangeur et, - une interface mécanique (8) permettant la fixation du dispositif de conduite de tir sur l'arme, 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le calculateur (5) est conçu de façon à remplir deux fonctions distinctes: I'estimation de la vitesse et de l'accélération angulaire de la cible et la prédiction du but futur à l'impact par rapport à la conduite de tir, c'est-à-dire la prédiction de pointage de l'arme. 3 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'estimation de la vitesse et de l'accélération angulaire de la cible est réalisée à l'aide d'un filtre de Kalman recevant en entrée les mesures en distance de la cible, les mesures de vitesse angulaire et éventuellement des mesures de paramètres complémentaires et que la prédiction de la direction de pointage de l'arme utilise les résultats de ladite estimation pour déterminer le temps de vol des projectiles et les corrections de pointage à effectuer. 4 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les réglages du filtre de Kalman sont déterminés à partir de la mesure de la distance cible-tireur, les accélérations angulaires absolues étant considérées constantes. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de calcul (6) des angles (x et a2 utilise soit les caractéristiques des prismes du déviateur (11), soit les caractéristiques des excentriques, ces caractéristiques étant stockées dans les dispositifs d'affichage du point de visée corrigé pour être transmise au moyen de calcul (6), dans le but d'assurer une parfaite interchangeabilité des différents modules. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le déviateur (11) prévu dans le second module (11 + 12), dans le cas des armes ne nécessitant pour la visée qu'une zone de débattement oculaire limitée comporte un système de deux doubles prismes (14a, 14b), entraînés en rotation par des moteurs (15a, 15b), ce système étant placé devant le système de matérialisation de ligne de visée (12) à réticule fixe (16). 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le viseur à axe de visée mobile (11' + 12') dans le cas d'armes nécessitant pour la visée une zone de débattement oculaire importante est réalisé sous la forme d'un viseur dans lequel le point de visée (17) est monté sur un système à double excentrique (18) présentant la même excentricité, l'axe de visée étant superposé au paysage à l'aide d'un mélangeur. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre un troisième module (13), dispositif optique complémentaire destiné à étendre les capacités opérationnelles des armes nécessitant pour la visée une zone de débattement oculaire importante, à des conditions particulières notamment le tir de nuit. 9 - Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que le disposiff optique complémentaire (13) est une lunette de grossissement, ladite lunette pouvant être escamotable pour laisser le choix au tireur entre un grand débattement oculaire avec un grossissement de 1 ou un débattement oculaire plus faible mais avec un grossissement supérieur à 1.