Brevet FR2862748A1 — publié le 20050527

semi-réfléchissante) permettant de superposer l'image à l'infini de la symbologie sur le paysage extérieur. Pour l'application concernée, les symboles concernés sont un réticule d'acquisition RACQ et un réticule de tir RTIR encore appelé en terminologie anglo-saxonne piper; É Des moyens de traitement et de commande électroniques permettant de traiter les différentes données issues de la centrale inertielle, des sondes aérodynamiques et des moyens de contrôle manuels, de générer les informations nécessaires au générateur de symboles, aux moyens de contrôle et au système d'arme. La conduite de tir décrite dans ce brevet comporte les étapes suivantes: a. Acquisition visuelle de la cible C par le pilote de l'aéronef A b. c. d. e. f. dans le champ visuel du viseur Tête Haute; Détermination de la distance de la cible en superposant à la cible vue le réticule d'acquisition RACQ de forme circulaire d'un diamètre environ égal à la dimension maximale apparente de la cible, de façon à déterminer la distance séparant l'aéronef de la cible; Détermination du temps de vol des munitions et de la position des points d'impacts PI des munitions par les moyens de traitement électroniques; Calcul de la position du réticule de tir RTIR par les moyens de traitement, d'abord dans le repère de l'aéronef puis dans le repère du viseur Tête Haute; Superposition du réticule de tir RTIR sur la cible par le pilote en agissant sur les moyens de contrôle pendant un temps d'acquisition; Enfin, enclenchement de la séquence de tir par le pilote. Le dispositif décrit bien le procédé permettant de déterminer la distance séparant l'aéronef de la cible et par conséquent de savoir si elle est à portée de tir, par contre il ne précise pas comment le calcul de la position du réticule de tir tient compte de la vitesse de la cible et de façon plus générale les conditions nécessaires à un tir sur cible réussi. L'invention propose un procédé d'acquisition de la cible et de calcul de la position du réticule de tir originaux permettant de mettre en oeuvre le canon avec une grande probabilité de destruction de la cible sans utiliser des moyens de simulation complexes. Il peut donc être mis en oeuvre sur des aéronefs de combat relativement rustiques. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de conduite de tir pour aéronef militaire pour tir sur cible mobile, ledit aéronef possédant au moins: É un canon solidaire du fuselage de l'aéronef pouvant délivrer des munitions; É des capteurs de navigation permettant de délivrer au moins les informations de vitesse de l'aéronef par rapport au sol et les attitudes de l'aéronef dans un repère parallèle au repère géographique de référence; É des capteurs nécessaires au pilotage permettant de délivrer les informations aérodynamiques comme la vitesse de l'aéronef, les informations de pression et de température; É des moyens de commande de l'aéronef permettant de maîtriser sa position dans l'espace comme des commandes de gouverne; É des moyens de visualisation collimatées de type viseur Tête Haute comportant des moyens de génération d'une symbologie de tir comprenant au moins un premier réticule collimaté en forme de cercle et un second réticule de tir collimaté encore appelé "piper", É Des moyens de contrôle par le pilote de la symbologie de tir affichée pouvant être un poste de commande ou le manche de pilotage; É une base de données comprenant des informations de type balistique sur les munitions utilisées; É des moyens de traitement des données issues des moyens de pilotage, de navigation, des moyens de contrôle de la symbologie et de la base de données; ledit procédé comportant les étapes suivantes: a. Acquisition visuelle de la cible par le pilote de l'aéronef dans le champ visuel du viseur Tête Haute; b. Détermination de la distance de la cible en superposant à la cible vue un réticule d'acquisition de forme circulaire d'un diamètre environ égal à la dimension maximale de la cible, de façon à déterminer la distance séparant l'aéronef de la cible, ledit diamètre étant adapté par le pilote en temps réel aux dimensions de la cible vue; c. Détermination du temps de vol des munitions et du vecteur représentant la position des points d'impacts des munitions au moyen du réticule d'acquisition et des moyens de traitement; d. Calcul de la position du réticule de tir par les moyens de traitement, d'abord dans le repère de l'aéronef puis dans le repère du viseur Tête Haute; e. Superposition du réticule de tir sur la cible par le pilote en 20 agissant sur les moyens de commande pendant un temps d'acquisition; f. Enclenchement de la séquence de tir par le pilote; caractérisé en ce que pendant le temps d'acquisition, la position de la cible est maintenue constante par le pilote agissant sur les moyens de commande, que le temps d'acquisition dure au moins une seconde et que la position vectorielle du réticule de tir dans le repère de l'aéronef est égale au produit de l'inverse d'une matrice de transfert par le vecteur représentant la position des points d'impacts, la dite matrice de transfert étant égale à la somme de la matrice Identité et du produit du temps de vol des munitions par une matrice représentant la rotation instantanée de l'aéronef. Avantageusement, l'incidence de l'aéronef est calculée à partir des informations de vitesse et d'attitude, sans l'utilisation de sondes d'incidence sur l'aéronef. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles: É La figure 1 représente les positions respectives de l'aéronef et de la cible; É La figure 2 représente les changements de repère entre les repères terrestre, avion et viseur Tête Haute. É Les figures 3a, 3b et 3c représentent les images vues par le pilote à travers l'optique de superposition de son viseur Tête Haute au commencement de la phase d'acquisition de la cible et avant la phase d'enclenchement du tir. La figure 1 représente les positions respectives de l'aéronef A et de la cible C. Ils sont séparés d'une distance D à l'instant t. Par rapport à un repère terrestre RT tridimensionnel fixe de centre O, l'aéronef est animé d'une vitesse représenté sur la figure 1 par le vecteur VAVJON et la cible a une vitesse VCIB dans ce même repère. Le point PI représente le point d'impact prévisionnel des munitions susceptibles d'être tirées avec la cible C. La figure 2 représente les trois repères nécessaires à la 20 représentation des différentes données concernant la conduite de tir. Ce sont: É Le repère terrestre RT tridimensionnel fixe de centre O; É Le repère RAVION tridimensionnel lié à l'aéronef de centre OG; É Le repère RsHUD tridimensionnel lié au viseur Tête Haute SHUD de centre Os. L'acronyme SHUD signifie en terminologie anglo-saxonne Smart Head-Up Display (en français: Viseur Tête Haute Avancé) ; Les changements de repère se font au moyen de matrices de passage Pxx comme indiqué sur la figure 2. Ainsi, on appelle PAG la matrice de passage permettant de passer du repère terrestre RT au repère aéronef RAVION, PSA la matrice de passage permettant de passer du repère aéronef RAVION au repère viseur RsHUO et PSG la matrice de passage permettant de passer du repère terrestre RT au repère viseur RsHUO On note également PGA, PAS et PGS les matrices inverses des précédentes. Bien entendu, les matrices PAG et PSG varient dans le temps avec l'évolution de l'aéronef alors que PAS est une matrice constante dans la mesure où le viseur est solidaire de l'aéronef. On note également MCIB la position de la cible dans l'espace. Lorsque le réticule de tir est positionné sur la cible, ces deux positions sont 5 alors confondues dans le champ du viseur Tête Haute. On note aussi TvoL le temps nécessaire à la munition pour atteindre la cible. Quelque soit le repère choisi, on peut écrire: Equation 0 OGMCIB (t+TVOL) = OGMCIB(t)+TVoL.(VcIB VAVION) L'équation 0 suppose que les vitesses restent constantes pendant le temps de vol TvoL. Cette approximation est justifiée dans la mesure où le temps de vol est très court, les munitions étant tirées à distance de portée, c'est-à-dire à quelques centaines de mètres et leur vitesse moyenne étant très élevée, de l'ordre de plusieurs centaines de mètres-seconde. Le vecteur RTIR représentant la position du centre du réticule de tir vérifie, lorsqu'il est superposé avec la cible: Equation 1 RTIR = OGMczB (t) Les symbologies possibles du réticule de tir sont variées. Elle ont toutes comme caractéristique de posséder un centre facilement identifiable par le pilote. Et bien entendu, si la munition atteint la cible, ce qui est le but recherché, alors le vecteur représentant la position des points d'impact que l'on note Pi vérifie: Equation 2 OGMGIB (t+TVOL) = PÎ soit encore: PÎ = Oc1crB (t) +TVOL'(VcIB VAVION) Pi est obtenu par un calcul balistique. Les principaux paramètres nécessaires à ce calcul sont les coordonnées de la munition à l'éjection, sa vitesse, son altitude par rapport au sol, la vitesse air, l'attitude de l'aéronef, la masse volumique de l'air, la pression statique qui dépend de l'attitude de l'aéronef, la température de l'air. Comme il a été dit, pendant le temps d'acquisition précédant le tir, le pilote garde la position de la cible dans son viseur constante. On écrit alors: 30 Equation 3 (OsMCIB)SHUD = Cste. Le terme mis en indice d'un vecteur indique dans cette équation et les suivantes le référentiel dans lequel se trouve le vecteur. En dérivant par rapport au temps: Equation 4 (OsMcIB)SHUD = O Dans le repère terrestre, cette équation 4 s'écrit avec les notations définies précédemment: Equation 5 PASPGA (OSMCIB)GEO O On sait que PAS est une matrice constante dans la mesure où le viseur est solidaire de l'aéronef. Par conséquent, on a: 1 o Equation 6 PGA (OSMCIB)GEO = O soit encore Equation 7 a PGA\É(OSMCIB)GEO +PGAÉaat(OSMCIB)GEO 0 at / Or on peut écrire: Equation 8 OSMcIB = OSâG + OGO + O11%IcJB, ce qui donne: Equation 9 aOSMCIB =aQSOG + GOGO+aoMCJB =a0SâG +VCIB VAVION at at at at at Dans l'équation 7, on change de repère par l'application de la matrice de passage PtGA, matrice transposée de la matrice PGA, on obtient alors l'équation 10: at PGA PGA (OS MCIB)AVION +PGA É & (.1pGA \ (OS OG)AVION + (CIB - VAWON)AVION o / j que l'ont peut encore écrire sous forme de l'équation 11: ut PAG IÉPAG (OM SCIB)AVION + PAG ÉI at PAG J(0S0G)AVION + (VCIB - VAVION)AVION = O or Ça 1 'a on a la relation at PÂG PAG = PÂC PAC et par conséquent, la relation 11 devient l'équation 12: Hat PAG)PAG (OS OG + OGMCIB)AVION - C at PAG PAG.(OS OG)AVION + (VCIB - VAVION)AVION O que l'on simplifie sous la forme: Equation 13 PÂG ÉPAG (OGMCIB)AVION + (VCIB - VAVION)AVION O Or, on a la relation at _ I PAG 'PAG = AVION avec êAVION représentant l'application linéaire ut l définissant la rotation angulaire de l'aéronef sous forme d'une matrice 3x3. On obtient l'équation 14 à partir de l'équation 13: Equation 13 AVION (OGMCIB)AVION + (VCIB VAVION)AVION O qui s'écrit encore: r Equation 14 AVION (0G MCIB)AVION (VCIB VAVION)AVION En remplaçant la valeur de (VCIB VAVION)AVION de l'équation 14 dans l'équation 2, on obtient l'équation 15: PI (OG MCIB)AVION + TVOL 'û AVION (OG MCIB)AVION {1 + TVOL 'n AVION 1 !(0GMCIB)AVION Soit encore l'équation 16 (OGI'I CIB)AVION = (I + TVOLnAVION) PI Et en combinant avec l'équation 1, on obtient: (TIR AVION (i + TVOL 'S L AVION PI Cette équation est fondamentale. En effet, les trois paramètres qui apparaissent dans le second membre de l'équation 16 sont connus. S2AVION est mesuré par la centrale inertielle, TvoL et le vecteur PI sont fournis par le calcul balistique de la munition. Par conséquent, on peut calculer facilement la position du réticule de tir RTIR qui est superposé avec la cible et qui correspond au premier membre de l'équation 16. Plus précisément, lorsque le pilote garde, pendant le temps d'acquisition précédant le tir, la position de la cible dans son viseur constante, alors l'information de vitesse de la cible n'est plus nécessaire pour obtenir un tir réussi. II suffit que le calcul de la position du réticule de tir vérifie l'équation 16. Le recours à des systèmes de modélisation plus complexes n'est pas nécessaire. D'autre part, la mise en oeuvre de ce procédé d'acquisition est aisé, le pilote doit simplement: É Maintenir la position visuelle apparente de la cible immobile 30 dans son viseur en agissant sur les moyens de commande de l'aéronef; É Adapter en permanence la dimension du réticule RACQ en agissant sur les moyens de contrôle de la symbologie qui sont à la fois couplés avec le générateur de symbologie et 35 également avec les moyens de traitement des données. Connaissant la taille apparente de la cible donnée la dimension du réticule RAcQ et la taille réelle de la cible, les moyens de traitement fournissent immédiatement la distance à la cible qui est sensiblement égale à la taille réelle de la cible divisée par son diamètre apparent. Connaissant la position du réticule dans le repère avion, sa position dans le repère du viseur s'en déduit naturellement par les équations suivantes: _ Equation 17 (RTIR)SHUD (OSMCIB)SHUD PSA(0GMCIB - OSOG)AVION Equation 18 (RTIR)SHUD PSA CI +TVOLn AVION) SPI _PSA(OSOG)AVION Tous les paramètres figurant dans l'équation 18 sont connus et par conséquent, le calcul de la position du réticule n'offre pas de difficultés 15 particulières. Les figures 3a, 3b et 3c illustrent les différentes phases d'acquisition et de traitement de la cible par le pilote vues à travers son viseur Tête Haute SHUD. Sur la figure 3a, la cible C est dans le champ du viseur SHUD. Le pilote l'entoure d'un réticule RACQ permettant de connaître sa distance. Le réticule de visée RTIR calculée à partir des équations 16 à 18 n'est pas superposé sur la cible. Les conditions de tir ne sont pas réunies. Sur la figure 3b, le pilote vient juste de manoeuvrer son aéronef A pour superposer le réticule de tir RTIR à la cible C. Sur la figure 3c, le pilote a maintenu pendant un temps d'acquisition supérieur à une seconde la cible C fixe dans le champ de son viseur, il est en position de tir. Certains appareils ne disposent pas de moyens de mesure tels des sondes d'incidence permettant de connaître l'incidence de l'aéronef par rapport à l'air ambiant. Or ce paramètre est indispensable pour élaborer par exemple le vecteur représentant la position des points d'impacts. Il est possible de reconstituer l'incidence à partir des paramètres d'attitude en faisant les approximations suivantes: É Composante verticale du vent nulle ou faible; 2862748 10 É Dérapage de l'aéronef nul ou faible. Dans ce cas, si l'on pose: 6: angle de tangage cp: angle de roulis W: angle de dérapage, Ces trois angles étant fournis par la centrale inertielle. Si l'on pose également: TAS acronyme anglo-saxon de True Air Speed: vitesse vraie de l'avion par rapport au sol, VZ composante verticale de TAS, si on définit 3 paramètres a, b et c tels que: a = -sin(0) ; b = cos(o).cos((p) et c = -Vz/TAS, alors l'incidence I vaut: Arctan 2[g] I = Arc sin c Vat +b2 REVENDICATIONS 1. Procédé de conduite de tir pour aéronef militaire (A) pour tir sur cible mobile (C), ledit aéronef possédant au moins: É un canon solidaire du fuselage de l'aéronef pouvant délivrer des munitions; o É des capteurs de navigation permettant de délivrer au moins les informations de vitesse de l'aéronef par rapport au sol et les attitudes de l'aéronef dans un repère parallèle au repère géographique de référence; É des capteurs nécessaires au pilotage permettant de délivrer au 15 moins les informations aérodynamiques; É des moyens de commande de l'aéronef permettant de maîtriser sa position; É des moyens de visualisation collimatées (SHUD) de type viseur Tête Haute comportant des moyens de génération d'un premier réticule collimaté en forme de cercle (RACQ) et d'un second réticule de tir collimaté (Rr,R) encore appelé "piper", É Des moyens de contrôle par le pilote de la symbologie de tir affichée pouvant être un poste de commande ou le manche de pilotage; É une base de données comprenant des informations de type balistique sur les munitions utilisées; É des moyens de traitement des données issues des moyens de pilotage, de navigation des moyens de contrôle de la symbologie et de la base de données; ledit procédé comportant les étapes suivantes: a. Acquisition visuelle de la cible par le pilote de l'aéronef dans le champ visuel du viseur Tête Haute; b. Détermination de la distance de la cible en superposant à la cible vue le réticule d'acquisition (RACQ) de forme circulaire d'un 35 diamètre environ égal à la dimension maximale de la cible, de façon à déterminer la distance séparant l'aéronef de la cible, ledit diamètre étant adapté par le pilote en temps réel aux dimensions de la cible vue; c. Détermination du temps de vol des munitions et du vecteur représentant la position des points d'impacts des munitions au moyen du réticule d'acquisition (RACQ) et des moyens de traitement; d. Calcul de la position du réticule de tir (RTIR) par les moyens de traitement, d'abord dans le repère de l'aéronef puis dans le repère 10 du viseur Tête Haute; e. Superposition du réticule de tir (RTIR) sur la cible par le pilote en agissant sur les moyens de commande pendant un temps d'acquisition; f. Enclenchement de la séquence de tir par le pilote; caractérisé en ce que, pendant le temps d'acquisition, la position de la cible est maintenue constante par le pilote agissant sur les moyens de commande, que le temps d'acquisition dure au moins une seconde et que la position vectorielle du réticule de tir dans le repère de l'aéronef est égale au produit de l'inverse d'une matrice de transfert par le vecteur représentant la position des points d'impacts, la dite matrice de transfert étant égale à la somme de la matrice Identité et du produit du temps de vol des munitions par une matrice représentant la rotation instantanée de l'aéronef. 2. Procédé de conduite de tir selon la revendication 1, caractérisé 25 en ce que l'incidence de l'aéronef est calculée à partir des informations de vitesse et d'attitude, sans l'utilisation de sondes d'incidence sur l'aéronef.