Brevet FR2821928A1 — publié le 20020913

SYSTEME DE CONDUITE DE TIR La présente invention est relative aux systèmes de conduite de tir. DOMAINE TECHNIQUE GENERAL On connaît classiquement des conduites de tir qui comportent : - une arme mobile autour de deux axes site et gisement dont le pointage est assuré sur chacun des deux axes par l'intermédiaire d'un asservissement en vitesse réalisé à partir d'un organe de motorisation de l'arme et d'un capteur de mesure de vitesse angulaire ; - une caméra vidéo montée solidairement avec l'arme et dont le l'axe de visée est parallèle à celui de l'arme ; cet axe de visée est matérialisé par un réticule incrusté dans l'image vidéo ; L'opérateur utilise alors l'image vidéo fournie par la caméra pour viser une cible en alignant cette cible avec le réticule incrusté dans l'image. Pour cela, il agit sur un manche de pointage qui fournit à l'asservissement de l'arme les consignes de vitesse en site et gisement nécessaires à la poursuite de la cible. Dans le cas où le système ci dessus est utilisé sur un véhicule mobile il est nécessaire d'assurer la stabilisation de l'arme autour des deux axes site et gisement afin d'éliminer les perturbations angulaires de pointage engendrées par le mouvement du véhicule. La stabilisation de l'arme est alors généralement réalisée en utilisant comme capteur de mesure de vitesse angulaire de l'arme un organe gyroscopique (gyromètre). Dans un tel système les problèmes suivants apparaissent : 1) La caméra étant solidaire de l'arme, le pointage de la visée s'obtient directement par le pointage de l'arme. Cependant, compte tenu : - de la masse et de l'inertie généralement importantes de l'arme, - des nombreux couples perturbateurs (balourds, frottements,...) qui interviennent dans l'asservissement, - des solutions techniques généralement employées pour ce type de motorisation (moto-réducteur à engrenages présentant inévitablement du jeu et une raideur mécanique limitée), les performances de l'asservissement de pointage de l'arme sont elles même limitées. Il en résulte une qualité de pointage de l'arme médiocre qui est directement ressentie par l'opérateur sur sa visée et qui nuit à l'obtention d'une poursuite fine, continue et bien centrée de la visée sur la cible. 2) La stabilisation de la visée (découplage vis à vis des mouvements du véhicule) est obtenue directement par la stabilisation de l'arme. Cependant, compte tenu des difficultés rappelées ci dessus, les qualités obtenues classiquement en stabilisation d'arme sont également limitées et généralement insuffisantes pour ne pas dégrader de façon significative la qualité intrinsèque de l'image fournie par la caméra. En effet les mouvements résiduels de l'arme qui sont directement transmis à la caméra sont généralement d'un ordre de grandeur bien supérieur à la résolution propre de la caméra ce qui crée du flou sur l'image observée se traduisant par une perte de la portée d'observation. 3) Dans le cas où le tir est demandé, il y a lieu, comme dans toute conduite de tir classique, de décaler préalablement au tir l'axe de l'arme par rapport à la direction de la cible d'une correction angulaire en site et gisement (correction de tir)-Cette correction de tir tient compte notamment des effets de la trajectoire balistique de la munition (correction de hausse) et du déplacement relatif éventuel de la cible par rapport au tireur pendant le temps de vol de la munition (correction cinématique). Le calcul de la correction de tir nécessite notamment la connaissance de la distance de la cible et de la vitesse angulaire relative cible/tireur. Ces paramètres sont généralement acquis pendant une phase préliminaire de poursuite de la cible par l'utilisation d'un télémètre couplé à la caméra vidéo et l'acquisition des mesures de vitesse angulaire de pointage de l'arme pendant la phase de poursuite de la cible. Dans le type de système évoqué, l'introduction de la correction de tir s'effectue par décalage du réticule de visée dans l'image vidéo d'un écart angulaire correspondant à la correction de tir calculée. La séquence de tir s'effectue donc ainsi : - Acquisition de la cible par l'opérateur dans le champ de la caméra. - Poursuite fine de la cible par l'opérateur utilisant son réticule de visée. -Acquisition des paramètres nécessaires au calcul de la correction de tir. -Translation du réticule de visée dans l'image vidéo pour permettre l'introduction d'un décalage angulaire égal à la correction de tir entre la direction de l'arme et la direction du réticule de visée une fois déplacé. - Re-pointage par l'opérateur de la cible avec le réticule de visée, celui-ci occupant sa nouvelle position. Dans une telle séquence, l'opérateur doit poursuivre une première fois la cible puis la re-pointer précisément une deuxième fois après introduction de la correction de tir par décalage du réticule. Cette méthode en deux temps est préjudiciable au temps total de réaction du système avant le tir compte tenu notamment de la nécessité pour l'opérateur de re-pointer précisément une deuxième fois la cible avec son réticule. Afin d'éliminer les différents inconvénients énoncés ci dessus une solution classique est d'introduire un dispositif de pointage et de stabilisation propre à la voie vidéo (en plus du dispositif de pointage et de stabilisation de l'arme) basé soit sur l'interposition d'un miroir stabilisé deux axes an aval de la caméra, soit sur le montage de la caméra directement sur une plate-forme stabilisée à deux cardans. Grâce à ces moyens qui lui sont propres, le pointage et la stabilisation de la visée deviennent indépendant de celui de l'arme, celle-ci étant généralement asservie en recopie sur la position de la visée. Les performances de pointage et de stabilisation obtenues sur la visée sont généralement très bonnes. L'introduction de la correction de tir se fait par décalage de l'arme par rapport à la visée, ce décalage pouvant être effectué automatiquement en introduisant le décalage directement dans l'asservissement de recopie de l'arme sur la visée. La visée qui est stabilisée de façon indépendante n'est pas perturbée par cette introduction de la correction de tir et l'opérateur n'a pas d'opération de re-pointage sur la cible à effectuer. L'ergonomie du système est améliorée et le temps total de réaction du système avant le tir est minimal. Cette solution offre de nombreux avantages techniques mais elle se traduit malheureusement par une augmentation très importante de la complexité et du coût du système ce qui limite fortement son emploi. PRESENTATION DE L'INVENTION ET ETAT DE LA TECHNIQUE La présente invention a pour buts d'apporter les mêmes améliorations que la solution précédente en terme de performance, d'ergonomie et de temps de réaction mais en proposant une solution beaucoup plus économique et physiquement beaucoup moins complexe et encombrante. Il est déjà connu de restaurer des images vidéo dégradées par des mouvements de déviation angulaire que subis une caméra en appliquant à ces images une translation inverse de la translation subie par l'image, ainsi que le cas échéant un traitement de restauration du flou. On pourra par exemple à cet égard se référer à la demande de brevet français ? 92 03871. L'invention propose quant à elle un système de conduite de tir pour le pointage d'une arme par un opérateur, comportant : - des moyens de motorisation aptes à entraîner l'arme, - des moyens aptes à commander les moyens de motorisation pour déplacer l'arme en fonction d'une consigne de commande - des moyens de pointage permettant à l'opérateur de générer cette consigne de commande, - des moyens d'observation et de visée qui comportent une caméra dont l'axe d'observation est parallèle à l'arme, une image relevée par cette caméra étant transmise à l'opérateur sur une voie de visée, - des moyens aptes à stabiliser l'image fournie à l'opérateur sur la voie de visée, caractérisé en ce que l'axe d'observation des moyens d'observation et de visée est fixe par rapport à l'arme et en ce que les moyens de stabilisation comportent des moyens qui déterminent une erreur représentative de l'écart entre la position correspondant à la consigne de commande et la position réelle de l'arme et qui appliquent à l'image relevée par la caméra une translation inverse de celle correspondant à cet écart de position. Avantageusement, les moyens de commande des moyens de motorisation comportent des moyens pour sommer à une consigne de commande générée par les moyens de pointage une correction fonction de l'écart de position pour lequel une translation est appliquée à l'image relevée par la caméra, la somme de la consigne de commande générée par les moyens de pointage et de cette correction étant utilisée comme consigne de commande pour commander le déplacement de l'arme. Notamment, la correction sommée à la consigne de commande générée par les moyens de pointage peut être en outre fonction d'une correction de tir à appliquée à l'arme. En particulier, de façon particulièrement préférée, la correction sommée à la consigne de commande générée par les moyens de pointage est fonction de la somme entre la correction de tir et un déplacement correspondant à l'inverse de la translation appliquée à l'image relevée par la caméra. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non limitative. DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION POSSIBLE DE L'INVENTION Architecture L'architecture d'un système conforme à un mode de réalisation possible de l'invention est représentée sur la figure 1, qui illustre schématiquement les asservissements qui s'appliquent individuellement à chacun des deux axes site et gisement du système d'arme. Le système représenté sur cette figure comporte un manche de pointage 1 permettant à l'opérateur de générer des consignes de pointage en vitesse en site ou en gisement. Il comporte également un dispositif 5 de motorisation de l'arme en site ou en gisement. Ce dispositif 5 a pour entrée une erreur de vitesse issue d'un sommateur S3 et pour sortie la vitesse communiquée à l'arme. Le sommateur S3 reçoit en entrée une consigne de vitesse.. Il leur soustrait la vitesse de l'arme, laquelle est mesurée par un capteur 6 qui mesure la vitesse angulaire de l'arme en site ou en gisement. Ce capteur 6 est par exemple un gyromètre dans le cas d'un système stabilisé. Le dispositif de motorisation 5, le capteur 6 et le sommateur S3 constitue la boucle d'asservissement en vitesse de l'arme. La consigne de vitesse reçue en entrée par le sommateur S3 est la somme de la vitesse commandée par l'opérateur à partir du manche de pointage 1 et d'une correction de vitesse déterminée par l'ensemble qui va maintenant être décrit. Cet ensemble comporte un sommateur S1 qui soustrait à la vitesse commandée par l'opérateur à l'aide du manche de pointage 1 et la vitesse de l'arme telle que mesurée par le capteur 6. Le signal en sortie de ce sommateur S1 est transmis à des moyens 2 qui réalisent l'intégration dans le temps de l'erreur de vitesse correspondant au signal en sortie du sommateur S1. L'erreur de vitesse ainsi intégrée est transmise à des moyens 3 qui réalisent une restauration de l'image dégradée en mettant en oeuvre un traitement du type de celui décrit dans la demande de brevet FR-92 03871, consistant à appliquer à l'image courante une translation inverse de la valeur fournie par l'intégrateur 2 (l'échantillonnage de la sortie de l'intégrateur 2 se faisant de façon synchronisée avec l'acquisition des images vidéo). L'erreur de vitesse intégrée issue des moyens 2 est en outre transmise en entrée d'un sommateur S2 Le sommateur S2 effectue la somme entre cette erreur de vitesse intégrée issue des moyens 2 et une valeur de la correction de tir, qui est calculée par ailleurs de façon indépendante, et qui est à introduire dans le système. Les traitements de corrections de tirs peuvent être très diverses (corrections de hausse balistique, anticipations de mouvement de la cible, météo, etc..) et sont en eux-mêmes classiquement connus de l'homme du métier. Le signal en sortie du sommateur S2 est transmis à des moyens 4 qui génèrent sur ce signal un gain de commande en vitesse permettant de transformer un écart de position issu du sommateur S2 en consigne de vitesse pour l'asservissement de l'arme. Fonctionnement Les diverses fonctionnalités offertes par l'architecture qui vient d'être décrite sont présentées de façon progressive et indépendamment les unes des autres ci-après : Stabilisation de l'imacye en l'absence de vitesse de pointaqe commandée er de correction de tir à introduire : Le capteur 6 mesure la vitesse résiduelle de l'arme (qui n'est pas complètement nulle compte tenu de la stabilisation imparfaite de l'arme). La sortie de l'intégrateur 2 reconstitue le mouvement en position de l'arme et donc de la caméra (positions successives de la caméra à chaque image). Les moyens 3 réalisent sur chaque image une translation inverse du mouvement résiduel de la caméra fourni par l'intégrateur 2, ce qui permet la compensation de ce mouvement. L'image présentée à l'opérateur se trouve donc ainsi stabilisée. Commande indépendante de la visée en vitesse en l'absence de stabilisation (véhicule à l'arrêt) et de correction de tir à introduire : Le manche de pointage 1 fournit la consigne de pointage en vitesse commandée à la visée. Cette consigne est envoyée à l'asservissement en vitesse de l'arme (commande d'anticipation). L'arme ne recopie que de manière imparfaite cette consigne de vitesse. Le sommateur S1 fait la différence entre la vitesse commandée à la visée et la vitesse réalisée par l'arme mesurée par le capteur 6. La sortie de l'intégrateur 2 représente l'écart de position entre la position commandée à la visée et la position mesurée de l'arme donc de la caméra. Les moyens 3 effectuent sur chaque image une translation inverse de celle correspondant à l'écart de position fourni par l'intégrateur 2. L'image présentée à l'opérateur est donc découplée du mouvement propre de l'arme. Ceci revient pour l'opérateur à disposer d'une commande directe de la visée indépendante de l'arme qui pourtant porte la caméra. Introduction de la correction de tir en l'absence de stabilisation (véhicule à l'arrêt) et de vitesse depointaqe commandée : La correction de tir (consigne de décalage angulaire en site ou en gisement) est introduite par l'intermédiaire du sommateur S2. Cette consigne est transformée en commande de vitesse pour l'asservissement de l'arme par le gain 4. L'asservissement de l'arme réagit et l'arme est entraînée. Le capteur 6 mesure la vitesse réalisée par l'arme et alimente l'intégrateur S2 qui provoque la translation progressive de l'image. Quand la translation réalisée sur l'image est égale à la correction de tir à introduire la consigne de vitesse issue du sommateur S2 s'annule et l'arme s'immobilise. L'arme est alors décalée par rapport à la visée de la valeur de la correction de tir, l'image présentée à l'opérateur étant restée immobile. Dans la pratique les différents modes de fonctionnement analysés indépendamment ci dessus se superposent. On obtient ainsi simultanément un système : . Avec stabilisation de l'image présentée à l'opérateur (image découplée des mouvements du véhicule et de l'arme). 'Avec commande indépendante de la visée en vitesse (non tributaire de la qualité de l'asservissement de l'arme). . Avec introduction automatique de la correction de tir sans perturbation sur la visée (ce qui permet un temps de réaction avant tir minimal). D'autres variantes de réalisations que celle qui vient d'être décrite sont bien entendu possible. Notamment . La caméra vidéo peut être une caméra de télévision ou une caméra thermique. . L'invention s'applique en priorité à des systèmes utilisant des caméras équipées de détecteurs matriciels qui ne sont donc pas munies d'un dispositif interne de balayage ligne ou colonne. Toutefois l'invention pourra être appliquée à des caméras équipées de détecteur en barrette qui nécessitent un dispositif interne de balayage ligne. Dans ce cas la stabilisation de l'image ne pourra être obtenue de façon satisfaisante que sur un zone limitée de l'image pour laquelle l'acquisition, image à image, du mouvement de la caméra est parfaitement synchronisée avec l'acquisition de cette zone de l'image. . La caméra peut ne pas être montée directement sur l'arme mais être intégrée dans un viseur qui dispose d'un miroir de pointage relié mécaniquement à l'arme permettant à la visée caméra d'être solidaire (fixe) et coaxiale avec cette arme (cas d'un viseur de toit de tourelle à recopie mécanique de l'arme). . La stabilisation de l'arme peut être réalisée au moyen de bouclages différents de celui décrit dans l'invention (par exemple : stabilisation en boucle ouverte de l'arme à partir d'un gyromètre en châssis pour le gisement et d'un gyromètre en tourelle pour le site). Le bon fonctionnement de l'invention nécessite seulement de pouvoir d'une part commander l'arme en déplacement et d'autre part de disposer de la mesure soit de la vitesse soit de la position réalisée par l'arme (dans ce dernier cas, le sommateur S1 est placé en aval de l'intégrateur 2 dans le schéma 1). Si l'on considère le cas d'un véhicule à l'arrêt, l'asservissement de stabilisation de l'arme peut être remplacé par un simple asservissement de vitesse basée sur l'utilisation de tachymètres permettant la mesure de la vitesse relative de l'arme par rapport à son support. Les fonctions de commande indépendante de la ligne de visée et d'introduction automatique de la correction de tir sont toujours disponibles dans une telle configuration. REVENDICATIONS 1. Système de conduite de tir pour le pointage d'une arme par un opérateur, comportant : - des moyens de motorisation aptes à entraîner l'arme, - des moyens aptes à commander les moyens de motorisation pour déplacer l'arme en fonction d'une consigne de commande - des moyens de pointage permettant à l'opérateur de générer cette consigne de commande, - des moyens d'observation et de visée qui comportent une caméra dont l'axe d'observation est parallèle à l'arme, une image relevée par cette caméra étant transmise à l'opérateur sur une voie de visée, -des moyens aptes à stabiliser l'image fournie à l'opérateur sur la voie de visée, caractérisé en ce que l'axe d'observation des moyens d'observation et de visée est fixe par rapport à l'arme et en ce que les moyens de stabilisation comportent des moyens qui déterminent une erreur représentative de l'écart entre la position correspondant à la consigne de commande et la position réelle de l'arme et qui appliquent à l'image relevée par la caméra une translation inverse de celle correspondant à cet écart de position. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande des moyens de motorisation comportent des moyens pour sommer à une consigne de commande générée par les moyens de pointage une correction fonction de l'écart de position pour lequel une translation est appliquée à l'image relevée par la caméra, la somme de la consigne de commande générée par les moyens de pointage et de cette correction étant utilisée comme consigne de commande pour commander le déplacement de l'arme 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la correction sommée à la consigne de commande générée par les moyens de pointage est en outre fonction d'une correction de tir à appliquée à l'arme. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que la correction sommée à la consigne de commande générée par les moyens de pointage est fonction de la somme entre la correction de tir et un déplacement correspondant à l'inverse de la translation appliquée à l'image relevée par la caméra. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de vitesse angulaire ou de position qui fournit des mesures de vitesse angulaire ou de position de l'arme d'une part aux moyens de stabilisation de l'image fournie à l'opérateur sur la voie de visée et d'autre part aux moyens qui commandent les moyens de motorisation. 6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de stabilisation de l'image fournie à l'opérateur sur la voie de visée reçoivent en entrée d'une part une consigne représentative d'une vitesse angulaire de consigne et d'autre part une mesure de vitesse angulaire et en ce que les moyens de stabilisation comporte des moyens pour intégrer dans le temps l'écart entre cette consigne et cette mesure. 7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la caméra est à détecteurs matriciels.