Brevet FR3130023A1 — publié le 20230609

L’invention concerne un viseur optronique (2) pour engin motorisé tel qu’un véhicule aérien , marin ou terrestre, comprenant un module de visée (4) apte à être déplacé autour d’un premier axe (8a) et d’un second axe (10) non parallèle au premier axe (8a), - des moyens de déplacement (17a, 17b) du module de visée autour du premier (8a) et du second axe (10), - des moyens de mesure (14) en continue d’une donnée angulaire dudit module (4) autour des premier et second axes caractérisé en ce qu’il comprend une boucle d’asservissement comprenant : - des moyens d’acquisition de la fréquence fondamentale de perturbations vibratoires engendrées par le fonctionnement d’au moins un dispositif du viseur, et - un correcteur adaptatif (26) configuré pour recevoir en entrée : - ladite fréquence fondamentale, - un écart entre une valeur de consigne angulaire (y ck ) et ladite donnée angulaire - fournir en sortie une valeur de consigne de déplacement aux moyens de déplacement (17a, 17b). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3 Asservissement adaptatif d’un viseur optronique Domaine technique de l’invention La présente invention concerne l’asservissement d’un viseur optronique pour engin motorisé tel qu’un véhicule aérien, marin ou terrestre. Etat de la technique antérieure En référence aux figures 1 et 2, qui illustrent un viseur optronique et un diagramme de fonctionnement d’un tel viseur selon l’état de la technique, un viseur optronique 2 est constitué d’un ensemble de caméras et / ou de dispositif de pointage, appelé module de visée 4. Ce module de visée 4 est placé sur un support 6 d’un engin motorisé et peut se mouvoir selon deux axes 8a, 10. La ligne de visée 12 dudit viseur optronique 2 désigne l’axe optique sortant de l’un de ces capteurs. Le but du viseur optronique 2 est d’orienter la ligne de visée 12 vers une cible quels que soient les mouvements de l’engin motorisés et/ou de la cible, et quel que soit l’environnement extérieur (conditions atmosphériques, etc.). A cette fin, ledit module de visée 4 comporte des moyens de mesure 14 en continu d’une donnée angulaire, i.e. un gyromètre dans le cas de la mesure de la vitesse angulaire ou un gyroscope pour mesurer la position angulaire de la ligne de visée 12, comme cela est illustré en . L’engin porteur, de par ses mouvements ou ses régimes de motorisation, engendre des perturbations angulaires qui détériorent la stabilisation de la ligne de visée 12 des viseurs optroniques 2. Il est alors nécessaire de mettre en place un processus permettant de stabiliser l’image de manière précise et donc notamment de corriger la donnée angulaire (vitesse ou position angulaire) de la ligne de visée 12 grâce à un correcteur 15. Cette correction se fait ensuite par l’intermédiaire de moyens de commande 16 des moyens de déplacement 17a, 17b qui peuvent comprendre des cardans actionnés par des moteurs. Pour rejeter les perturbations vibratoires agissant sur le module de visée 4 et rendre ainsi la ligne de visée 12 fixe dans un repère inertiel, il est donc nécessaire que la somme des couples, i.e. le couple moteur C mot , le couple dû aux perturbations et le couple de frottement C f dû aux roulements des cardans, appliqués au module de visée 4 soit nulle. Pour cela, il est classiquement connu d’utiliser une boucle d’asservissement 20 capable d’agir sur la donnée angulaire (vitesse ou position) de la ligne de visée 12 comme illustré en . Chaque bloc de ladite boucle d’asservissement 20 peut être conçu comme un système, c’est-à-dire un ensemble de relations liant des entrées et des sorties qui peuvent être explicitées à l’aide de fonctions de transfert. Le but de la boucle d’asservissement 20 est donc de permettre aux moteurs de générer un couple C mot qui compense notamment le couple de frottement C f au niveau des cardans motorisés pour stabiliser l’orientation angulaire de la ligne de visée, lorsqu’un engin porteur embarquant le viseur bouge angulairement. On parlera alors de fonction de transfert H mot entre une tension u et un couple C mot . La consigne u des moteurs est générée par la sortie d’un correcteur K. Cette boucle d’asservissement a pour objectif de faire tendre la sortie y vers une référence y ck , bien que les moteurs et cardans soient soumis à des perturbations dues au roulement des cardans C f et à la perturbation angulaire . La fonction d’asservissement de la ligne de visée du viseur optronique 2 comprend une partie analogique 22 et une partie numérique 24. Tout d’abord, dans la partie analogique 22, les raies spectrales associées aux vibrations perturbatrices engendrées par la rotation du rotor et des pales d’un hélicoptère sont identifiées et des filtres fixes sur ces raies spectrales seront par la suite constitués. Ainsi, la fonction de transfert H vib permet de modéliser l’impact des vibrations perturbatrices sur l’orientation angulaire de la ligne de visée. En sortie de la fonction de transfert, on obtient donc la perturbation angulaire de la ligne de visée due aux vibrations perturbatrices qui pourra ainsi être considérée dans la boucle d’asservissement du viseur optronique. Cette méthode d’asservissement se base donc sur une connaissance a priori d’un modèle du système étudié. Ensuite, une autre des étapes consiste à modéliser la dynamique de la mesure de la donnée angulaire (position ou vitesse angulaire) de la ligne de visée par une fonction de transfert appelée H gyro . Cette fonction de transfert se base soit sur la mesure y de la position de la ligne de visée par l’intermédiaire d’un gyroscope, soit sur la mesure y de la vitesse angulaire de la ligne de visée obtenue par un gyromètre ou plus précisément par le capteur inertiel du gyromètre. La mesure de la donnée angulaire de la ligne de visée y m obtenue passe dès lors par un Convertisseur Analogique Numérique (CAN) et est ainsi échantillonnée pour devenir la mesure échantillonnée y mk . Une erreur d’asservissement est alors obtenue par différence entre une référence y ck et la mesure échantillonnée y mk . Cette erreur d’asservissement passe alors en entrée d’un correcteur K linéaire et invariant dans le temps. Ce dernier est calculé en vue de compenser les vibrations perturbatrices dont la fréquence fondamentale est fixe dans le temps. L’implémentation logicielle dudit correcteur K se fait sous forme de combinaison (somme et/ou produit) de filtres linéaires numériques du second ordre. En sortie de ce correcteur est obtenue une commande moteur numérique u k qui est ensuite transformée en commande analogique u (tension) par un Convertisseur Numérique Analogique (CNA). Cette commande analogique u est appliquée au moteur électrique, modélisé par la fonction de transfert H mot , qui délivre en conséquence un couple électromécanique. Elle permet ainsi d’obtenir le couple électromécanique C mot à fournir par le moteur pour tourner les cardans. Plus l’erreur sera importante, plus le couple C mot fourni par les moteurs devra être important afin de réduire cette erreur. Le couple électromécanique C mot fourni par le moteur actionne les cardans modélisés par la fonction de transfert H cardan , afin de compenser/annuler l’erreur ε k . Cette erreur est due d’une part au couple perturbateur de frottements dans les roulements des cardans et d’autre part à la perturbation angulaire δ y . Par ailleurs, le viseur optique est généralement équipé d’au moins une machine à froid intégrée qui est destinée à refroidir le ou les modules de visée. Tel est en particulier le cas des modules de visée qui intègrent un senseur optique à infra-rouges qui nécessite un contrôle de température. La machine à froid génère également des perturbations sinusoïdales dont la fréquence varie en fonction de la température requise pour refroidir le module de visée, qui dépend elle-même de la température de l’environnement extérieur. Dans l’état de la technique antérieure, ces perturbations sont subies et ne sont pas compensées par les correcteurs de la boucle d’asservissement. La machine à froid est donc également une source de perturbation pour la ligne de visée, dont la fréquence propre varie. Le but de l’invention est donc de proposer un viseur optique capable, de compenser les perturbations engendrées par un ou plusieurs générateurs de perturbation embarqués internes susceptible d’influer sur la ligne de visée. Présentation de l’invention L’invention a donc pour objet un viseur optronique pour engin motorisé tel qu’un véhicule aérien, marin ou terrestre, comprenant : - un module de visée apte à être déplacé autour d’un premier axe et d’un second axe (10) non parallèle au premier axe, - des moyens de déplacement du module de visée autour du premier et du second axe, - des moyens de mesure en continu d’une donnée angulaire dudit module autour des premier et second axes. Le viseur optique comprend en outre une boucle d’asservissement comprenant : - des moyens d’acquisition de la fréquence fondamentale de perturbations vibratoires engendrées par le fonctionnement d’au moins un dispositif du viseur, et - un correcteur adaptatif configuré pour recevoir en entrée : - ladite fréquence fondamentale, - un écart entre une valeur de consigne angulaire et ladite donnée angulaire - fournir en sortie une valeur de consigne de déplacement aux moyens de déplacement. Ainsi le correcteur adaptatif varie en fonction de la fréquence des vibrations perturbatrices par le fonctionnement d’un dispositif embarqué, tel qu’une machine à froid destinée au refroidissement d’un senseur optique à infra-rouges, tout en garantissant la stabilité de la boucle d’asservissement. Le correcteur adaptatif peut être relié audit dispositif du viseur par une liaison de communication numérique sur laquelle est transmise ladite fréquence fondamentale des perturbations vibratoires. Avantageusement, la liaison de communication est reliée à un module électronique de pilotage dudit dispositif du viseur délivrant la fréquence fondamentale. Les moyens de mesure en continu de ladite donnée angulaire peuvent comporter un gyroscope apte à obtenir une position angulaire ou un gyromètre apte à obtenir une vitesse angulaire. Le correcteur adaptatif peut être un correcteur Linéaire à Paramètres Variants. Ce correcteur Linéaire à Paramètre Variant est linéaire mais variant dans le temps, en fonction de paramètres mesurables ou identifiables. Il dépend linéairement du paramètre variant. Ledit correcteur adaptatif peut suivre la représentation d’état selon la formule suivante : où x k est la variable d’état du correcteur, est l’erreur d’asservissement en entrée du correcteur, u k est la commande moteur numérique calculée par le correcteur (sortie du correcteur), f min et f max sont deux fréquences bornant la fréquence fondamentale en temps réel des vibrations perturbatrices . Le correcteur Linéaire à Paramètres Variants (LPV) peut comprendre les matrices d’état affines suivantes : où A 0 , B 0 , C 0 , D 0 , A 1 , B 1 , C 1 , D 1 désignent des gains matriciels qui sont les paramètres sauvegardés en mémoire d’un logiciel qui implémente ledit correcteur. Le premier axe et le second axe peuvent être perpendiculaires l’un à l’autre. L’invention a également pour objet un engin motorisé tel qu’un hélicoptère, un véhicule aérien , marin ou terrestre comprenant un viseur optronique tel que défini ci-dessus. Brève description des figures est une vue schématique d’un viseur optronique de l’art antérieur, est un diagramme représentant le fonctionnement d’un viseur optronique dans l’art antérieur, est une vue schématique d’un viseur optronique selon l’invention, est un diagramme représentant le fonctionnement d’un viseur optronique selon l’invention, Viseur optronique (2) pour engin motorisé tel qu’un véhicule aérien, marin ou terrestre, comprenant : - un module de visée (4) apte à être déplacé autour d’un premier axe (8a) et d’un second axe (10) non parallèle au premier axe (8a), - des moyens de déplacement (17a, 17b) du module de visée autour du premier (8a) et du second axe (10), - des moyens de mesure (14) en continue d’une donnée angulaire dudit module (4) autour des premier et second axes caractérisé en ce qu’il comprend une boucle d’asservissement comprenant : - des moyens d’acquisition de la fréquence fondamentale de perturbations vibratoires engendrées par le fonctionnement d’au moins un dispositif du viseur, et - un correcteur adaptatif (26) configuré pour recevoir en entrée : - ladite fréquence fondamentale, - un écart entre une valeur de consigne angulaire (y ck ) et ladite donnée angulaire - fournir en sortie une valeur de consigne de déplacement aux moyens de déplacement (17a, 17b). Viseur optronique selon la revendication 1, dans lequel le correcteur adaptatif est relié audit dispositif du viseur par une liaison de communication numérique sur laquelle est transmise ladite fréquence fondamentale des perturbations vibratoires. 3 Viseur optronique selon la revendication 2, dans lequel la liaison de communication est reliée à un module électronique de pilotage (28) dudit dispositif du viseur délivrant la fréquence fondamentale. Viseur optronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de mesure (14) en continu de ladite donnée angulaire comportent un gyroscope (14) apte à obtenir une position angulaire ou un gyromètre (14) apte à obtenir une vitesse angulaire. Viseur optronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit correcteur adaptatif comprend un correcteur Linéaire à Paramètres Variants. Viseur optronique selon la revendication 5, dans lequel ledit correcteur adaptatif (26) suit une représentation d’état selon la formule suivante : où x k est la variable d’état du correcteur, est l’erreur d’asservissement en entrée du correcteur adaptatif (26), u k est la commande numérique des moyens de déplacement calculée par le correcteur adaptatif (26), f min et f max sont deux fréquences bornant la fréquence fondamentale en temps réel des vibrations perturbatrices . Viseur optronique selon la revendication 5 ou 6, dans lequel ledit correcteur Linéaire à Paramètres Variants (LPV) comprend les matrices d’état affines suivantes : où A 0 , B 0 , C 0 , D 0 , A 1 , B 1 , C 1 , D 1 désignent des gains matriciels qui sont les paramètres sauvegardés en mémoire dudit correcteur. Viseur optronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le premier axe (8a) et le second axe (10) sont perpendiculaires l’un à l’autre. Viseur optronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ledit dispositif du viseur est une machine à froid destinée au refroidissement d’un senseur optique à infra-rouge. Engin motorisé tel qu’un véhicule aérien ou marin ou un véhicule terrestre comprenant un viseur optronique selon les revendications 1 à 9.