CA1073085A - Guidage d'un projectile vers son objectif - Google Patents
Guidage d'un projectile vers son objectifInfo
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- CA1073085A CA1073085A CA251,259A CA251259A CA1073085A CA 1073085 A CA1073085 A CA 1073085A CA 251259 A CA251259 A CA 251259A CA 1073085 A CA1073085 A CA 1073085A
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- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
- F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
- F41G7/24—Beam riding guidance systems
- F41G7/26—Optical guidance systems
- F41G7/266—Optical guidance systems for spin-stabilized missiles
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Abstract
PRECIS DE LA DIVULGATION:
Procédé destiné à permettre l'asservissement d'un modèle en autorotation et notamment d'un projectile, carac-térisé en ce qu'il consiste à émettre à l'aide d'une mire tour-nante et d'un optique à focale variable des rayonnements élec-tromagnétiques à très courte longueur d'ondes, sous la forme d'un faisceau modulé en amplitude et à faire balayer ce faisceau par au moins un détecteur de rayonnement placé sur le projectile en autorotation, les signaux émis par ces détecteurs permettant de déduire les données nécessaires à l'auto-asser-vissement du projectile à l'axe défini par le centre du faisceau et' l'objectif. Et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Procédé destiné à permettre l'asservissement d'un modèle en autorotation et notamment d'un projectile, carac-térisé en ce qu'il consiste à émettre à l'aide d'une mire tour-nante et d'un optique à focale variable des rayonnements élec-tromagnétiques à très courte longueur d'ondes, sous la forme d'un faisceau modulé en amplitude et à faire balayer ce faisceau par au moins un détecteur de rayonnement placé sur le projectile en autorotation, les signaux émis par ces détecteurs permettant de déduire les données nécessaires à l'auto-asser-vissement du projectile à l'axe défini par le centre du faisceau et' l'objectif. Et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Description
~7308~
La présente invention concerne un procedé et un dispositif destinés a permettre l'asservissement d'un mobile en autorotation et notamment d'un projectile. Elle permet en partlculier l'asservissement d'un projectile a l'axe d'un fais- -ceau dirigé sur un objectif, et vise un procede et un disposi-tif conçus par ailleurs de façon a assurer la visee et la me-sure, au moins approximative, de la distance de l'objectif.
Le guidage des proje~tiles, particulierement des missiles, est a l'heure actuelle assure par des dispositifs comportant un ou plusieurs gyroscopes. Ces dispositifs ne don-nent pas toute satisfac-tion, notamment parce qu'ils ne suppor-tent pas de fortes acceleration, ce qui limite la vitesse de sortie de l'affut ou du tube de lancement et augmente la dis-persion au depart ainsi que la duree de trajet. Par ailleurs, le dispositif objet de l'invention est insensible aux brouillage actuellement connus.
~ ar consequent, selon la presente invention, il est prevu un procede destine à permettre l'asservissement d'un mobile en autorotation et notamment d'un projectile, carac-terise en ce qu'il consiste à emettre a l'aide d'un mire tour-nante et d'une optique a focale variable des rayonnements elec- ;
~tromagnetiques a tres courte longueur d'ondes, sous la forme d'un faisceau module en amplitude et a faire balayer ce faisceau par au moins un détecteur de rayonnement place sur le projectile - en autorotation, les signaux émis par ces detecteurs permettant de deduire le donnees necessaires a l'auto-asservissement du projectile à l'axe defini par le centre du faisceau et l'objectif. ` -~
Selon la presente invention, il est aussi prevuun dispositif pour la mise en oeu~re de ce procede caracterise en ce qu'il comprend, d'un part, sur un moyen de lancement du projectile, un emetteur pourvu d'un systeme optique a focale variable permettant de suivre le projectile au cours de son 1~73~)85 éloignement, d'éclairer l'objectif, et, d'autre part, un ou plusieurs detecteurs, places sur le projectile et realises sous la forme de dispositifs électro-optiques formés par une lentille convergente, au foyer de laquelle est placée une cel-lule sensible a l'intensité du rayonnement électromagnétique et accusant une variation quand elle passe d'un anneau à un autre, des moyens étant par ailleurs prévus dans le projectile pour analyser les signaux enregistrés, déterminer la distance.
a l'axe du faisceau et sa dérivée, et corriger la trajectoire du projectile à partir de ces informations.
. Selon une caracteristique de cette invention, le faisceau est formé d'anneaux circulaires, les rayons des differents cercles etant de la forme ~ a= knl .
formule dans laquelle 1, 2, 3.... k est une suite de nombres entiers, _ un exposant voisin de 1. et 1 une longueur.
Liinvention vise e~alement un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede.
Ce dispositif est caracterise en ce qu'il com prend: d'une part, sur le systeme de lancement du projectile, un émetteur pourvu d'un système optique a.focale variable per-mettant de suivre le projectile au cours de son eloignement, d'éclairer l'objectif, de permettre de le;dé~ecter avec une camera de television - -munie d'une croisée de réticule, et d~autre part, un ou plusieur s détecteurs placés 6ur le projectile et réalisés f:OU9 la forme de dispositifs électro-optiques formés par une lentille convergente au foyer de laquelle est placée une cellule sensible à l'intensité du rayonnement électromagnétique et 5 accusant une variation quand elle passe d'un anneau à un autre, des moyens étant par ailleurs prévus dans le projectile pour analyser les signaux enregistrés, déterminer la distance à l'axe du fai~ceau et sa dérivée et corriger la trajectoire du projectile à partir de ces informations.
D'autre~ caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront 10 de la description ci-après, qui faite en référence aux dessins annexés, en illustre de6 exemples de réalisation.
Sur les dessins:
La figure 1 représente la coupe d un exemple de réalisation d'un fai~ceau ~ -émis par la source de rayonnement électromagnétique par un plan passant 15 par le projectile;
La figure 2 illustre de fac,on schématique un moyen permettant de réaliser ce faisceau;
La figure 3 représente la coupe d'un second exemple de faisceau, émis par la source de rayonnement électromagnétique, par un plan passant par 20 le projectilei La figure 4 représente, en coupe similaire à la figure 3,, un ~roisième exemple de réalisation de faisceau;
Les igures 5 et 6 repréaentent, en des coupes similaires, deux autres variantes de faisceaux;
Les figures 7 et 8 sont des ~chémas théoriques destinés à faire com-prendre une autre variante de l'invention; et La figure 9 illustre un autre exemple de réalisation d'un faisceau.
On se réfère en premier lieu aux figures 1 et 2.
Le faisceau utilisé dans ce premier exemple de réalisation e~t formé
, . . . .
.: , .
~_ _ ................. . . .... - -- - - -- - -- ~0~3~35 dans un plan P à une distance D d'un émetteur de rayonnerx~ent (et au voisi-nage de ce plan) d'une suite d'anneaux circulaires concentriques, présentant alternativement des intensités de rayonnement élevée et voisine de z;éro.
Le centre O des cercles concentriques délimitant les anneaux définit avec l'émetteur l'axe du faisceau (fig. 1).
Si 1, 2, 3 .... k forment une 6uite de nombres entiers, si n est un expo~ant voisin de 1 (on choisira n> 1 afin que les écarts entre les cercles augmentent avec k ) et si 1 e~t une longueur, les rayonq des différents cercles sont de la forme a = knl C)n peut bien entendu, sans ~ortir du cadre de l'invention, choisir une loi de croissance différente mais conduisant à de~ écarta augmentant avec k: par exemple une valeur de n pour les faibles valeurs de k et une autre valeur pour k élevé.
lS Suivant un exemple de réalisation de cette invention, le faisceau peut être obtenu par dép6t, sur la face extérieure de la glace semi-réfléchissante d'une chambre de ré~onance laser, d'un revêtelnent métallique réfléchissant reproduisant le dessin de~ anneaux. On forme ainsi un réseau R (fig. 2).
Dans le cas où la couche semi-réfléchissante est disposée sur la face interne de la glace, il y a intérêt, afin d'éviter, dans la mesure du possible, toute perturbation pour le laser, à choisir une épaisseur de glace telle qu'un système d 'onde ~ stationnaire s pUi9 se s 'établir entre le s deux couche s métal -liques en tenant compte du fait que le noeud de la vibration est à l'intérieur du métal.
De façon à ce que l'on obtienne constamment une image du réseau R
dan~ un plan passant par le projectile, le dispositif de l'invention comporte un système optique à focale variable donnant du réseau R une image de ce plan P. Aux fins de 3implification, on a représenté à la figure 2 ce dispositif sous la forme d'une lentille unique L, des moyens étant prevus pour obtenir : .
, .
~73~35 une image de dimensions déterminées à différentes distances.
L'ouverture de l'optique doit être telle que le fil-trage de l'image reste acceptable aux distances considérées.
Il convient également de prévoir des moyens permet-tant de corriger au mieux les aberrations géométriques; ce sont en effet ces aberrations et également la di-ffraction qui imposent un écart minimum entre deux cercles à une distance donnée.
- S'il existe un rayonnement d'intensité non nulle dans les anneaux de moindre intensité, on fera en sorte que ;~ ce rayonnement présente une différence-de phase de ~ par rap- -r port au rayonnement maximum afin de diminuer liinfluence de , ; ~-la difEraction.
On peut démontrer qu'il existe, pour un réglage fixe de l'optique, une image analogue à celle existant dans le plan P, dans l'espace situé devant et derrière ce plan P, jusqu'à
des distances fonction du rapport elltre l'écart de deux cercles successifs et le diamètre de la pupille de sortie. Cependant la varlation des intensités ]umineuses est plus progressive.
En dehors de ces ~ones, il n'y a plus d'extinction dans 1a zone utile du ch~mp. On peut utiliser comme télémètre l'émetteur , .
` d'un tel faisceau muni de son optique ré~lable. Cependant les résultats sont moins précis que ceux obtenus avec des télé~
mètres lasers. Ce dispositif permet également de vérifier l'harmonisation entre l'axe du faisceau et la croisée de réti-cule~de la camera de telévision. ~ -.
Si on place dans ce plall P un dispositiE électro-~ ~ optique formé par exemple par une lentille convergente au ; foyer de laquelle se trouve une celluIe sensible à l'intensité
:
du rayonnement électroma~netique, ce dispositif détectera ~ ~-uDe variation 10L S~U ' a(l niveau du plan P il~pàssera d'un an- ~
:, . . : - ,.
neau dans un autre. Il y aura intéret à munir ce~dispositif ~
, ~r : ~ :
1073C~85 d'un filtre ne laissant passer que le rayonnement monochroma-tique de l'ém~tteur.
Selon l'invention,-le mobile ou le projectile en au-torotation à guider est muni a l un ou plusieurs de tels dispo-sitifs électro-optiques. Ces dispositifs balayent donc le faisceau en tournant autour d'un axe parallèle approximative-ment à l'axe du faisceau avec une vitesse angulaire ~ =2~ N = dO
N étant le nombre de tours/sec du mobile, ~ sa vitesse instantanée de rotation, ~l'anglede repérage.
r L'analyse des signaux enregistrés permet de déter-~ miner la distance à l'axe du faisceau et sa dérivée.
; Dans~llexemple illustré par la figure 1, le mobile (ici un projectile en autorotation) comporte deux dispositifs électro-optiques A et B placés aux deux extrémités d'un dia-mètre passant par l'axe de rotatiorl O'.
Soit AB = 2r.
,' 00' = ~ , ', -, 20 ~ v~ = d~t~ ~ ~
OX un axe de référence ~ixe dans l'espace;
O'X' ~ l'axe parallèle à OX passant par O';
~ ~ O = O'X' , O'A
`~ Si k est l'an~le cor~espondant à l'lntersection du ceecle dc rang k ou "iso k" , Oll l~eut établie ~ue:
k~ 1 e2 2 k ~- ~= arC CS ~ F
. . . .
~; On analysera d'abord le cas où ~ =0.
~ ~ Soit C le point O = O ~uand C~= QO
On demontre~-lue le llonlbre d "iso k" coupés par~A
:~ - . ~ , : - : : ~ -~ et B lors d'une rotation de 180 est~avec une~très bonne ~ ~
i :- : . . ~
approximation, indépendant de v et est uniquement fonction de e ~sauf pour e - ~ - 0~ . Soit cette donnée. On a:
nl 1 ~ ) n 1 (I) - Si~ est la différence algebrique entre le nombre de coupures d'anneaux du réseau enregistrées par A, lorsque A
se déplace de 0 à 180, et celles de B dans le meme temps, on peut écrire, avec une bonne approximation:
v = - ~ . 4 r N (2) '~ ' ' ' '; .~
En faisant la somme de trois angles successifs : ~
(ou des temps qui s'écoulent entre quatre coupures successives), :.~.- .
on constate que cette somme présente: .
un maximum important pour O ~ O
:i - un maximum en général moins important, surtout quand~ n'est pas trop grand, pour ~rJ180 , et - :
~ un minimum absolu pour O = ~ 90.
,j .
20En prenant le milieu de la coupure centrale lorsque : - - .--la somme est maximum on peut de toute façon déterminer la droite ~ non orientée 0 à 180 et déterminer ~
ë~ Lorsque e niest pas trop grand par rapport à r, on ~ détermine ainsi e`n même temps le point C de la figure 1 cor-~ .
~` respondant à Q = ~ (et O = O lorsque ~ = 0). ..
~?7~ Lorsque ~devient trop:grand par rapport à r, le maxi- -mum à O - ~+ 180 peut rejoindre et même dépasser pour cer~
.'~ taines valeurs de ~, le niveau du maximum à O = ~. On compare alors la v.itesse calculée à partir de l'équation (2) avec la .
~ .vitesse déduite de la variation de ~ en fonction de On peut ainsi lever l'ambiguité pour r grand.
. ~ . .
,, . ~. , ; ~ . . ~ . .
. -6- .
,~ ' ' ' , 1C~73~35 D'autres mesures permettent également de déterminer eet v.
On démontre que si Tl est le temps entre deux coupures lorsque la somme des trois coupures est minimum pour le dis-: positif électro-optique se déplaçant de 0 à 180 et T2 le temps de coupure pour l'autre dispositif, on a: .
1 + 1 indépendant de v et uniquement fonc-Tl 2 tion de e .
10Par contre 1_ 1 est proportionnel à -v.
Tl T2 . et Tl - T2 v ; Tl ~ T2 r~ ~ t3) . . On a vu plus haut que pour v = 0, la référence O =~
- est donnée parle milieu de la coupure centrale de trois in-tervalles présentant un maximum de durée. Lorsque v n'est pLus négligeable, il faut apporter une correction égale à
_ v ( ` ) radians : :20 ~
que l'on peut assimiler, puisqu'il s'a~it d'un terme correctif, à`- ~r qui, d'après la relation (3) est égal-à Tl T2 Tl ~ T2 ; ou à 2 ~ d'après l:a relation (2).
Dans le cas où l'invention est appliquée au guidage --diun projectiLe en autorotation, 1l faut disposer dans ce dernier d'une base de temps. Il faut en particulier connaitre ~: dans cette base le temps qu'il faut au projectile pour faire. : -un tour. Quant ~ ~ O c'est le temps qui s'écoule entre 30 ~ dt i~ . deux maximum principaux successifs, ou le double du temps : .
- : :
,:
~ -7- ~
, ... , .. . ~ ~ . , ~.. . .. .
~L~73al~5 . ., ~. ..
qui s'écoule entre deux minimum successiEs. Pour des projectiles rapides et pour N de l'ordre de 10 tours par seconde, d sera dt négligeable.
On supposera donc que le projectile es-t pourvu d'une base de temps. Ils convient d'ailleurs de remarquer qu'il n'est pas nécessaire que cette base de temps soit précise et I qu'il suffit qu'elle soit relativement stable pendant la durée ~u vol.
; Dans cette base on mesure le temps correspondant à
trois intervalles successifs et on en déduit les instants
La présente invention concerne un procedé et un dispositif destinés a permettre l'asservissement d'un mobile en autorotation et notamment d'un projectile. Elle permet en partlculier l'asservissement d'un projectile a l'axe d'un fais- -ceau dirigé sur un objectif, et vise un procede et un disposi-tif conçus par ailleurs de façon a assurer la visee et la me-sure, au moins approximative, de la distance de l'objectif.
Le guidage des proje~tiles, particulierement des missiles, est a l'heure actuelle assure par des dispositifs comportant un ou plusieurs gyroscopes. Ces dispositifs ne don-nent pas toute satisfac-tion, notamment parce qu'ils ne suppor-tent pas de fortes acceleration, ce qui limite la vitesse de sortie de l'affut ou du tube de lancement et augmente la dis-persion au depart ainsi que la duree de trajet. Par ailleurs, le dispositif objet de l'invention est insensible aux brouillage actuellement connus.
~ ar consequent, selon la presente invention, il est prevu un procede destine à permettre l'asservissement d'un mobile en autorotation et notamment d'un projectile, carac-terise en ce qu'il consiste à emettre a l'aide d'un mire tour-nante et d'une optique a focale variable des rayonnements elec- ;
~tromagnetiques a tres courte longueur d'ondes, sous la forme d'un faisceau module en amplitude et a faire balayer ce faisceau par au moins un détecteur de rayonnement place sur le projectile - en autorotation, les signaux émis par ces detecteurs permettant de deduire le donnees necessaires a l'auto-asservissement du projectile à l'axe defini par le centre du faisceau et l'objectif. ` -~
Selon la presente invention, il est aussi prevuun dispositif pour la mise en oeu~re de ce procede caracterise en ce qu'il comprend, d'un part, sur un moyen de lancement du projectile, un emetteur pourvu d'un systeme optique a focale variable permettant de suivre le projectile au cours de son 1~73~)85 éloignement, d'éclairer l'objectif, et, d'autre part, un ou plusieurs detecteurs, places sur le projectile et realises sous la forme de dispositifs électro-optiques formés par une lentille convergente, au foyer de laquelle est placée une cel-lule sensible a l'intensité du rayonnement électromagnétique et accusant une variation quand elle passe d'un anneau à un autre, des moyens étant par ailleurs prévus dans le projectile pour analyser les signaux enregistrés, déterminer la distance.
a l'axe du faisceau et sa dérivée, et corriger la trajectoire du projectile à partir de ces informations.
. Selon une caracteristique de cette invention, le faisceau est formé d'anneaux circulaires, les rayons des differents cercles etant de la forme ~ a= knl .
formule dans laquelle 1, 2, 3.... k est une suite de nombres entiers, _ un exposant voisin de 1. et 1 une longueur.
Liinvention vise e~alement un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede.
Ce dispositif est caracterise en ce qu'il com prend: d'une part, sur le systeme de lancement du projectile, un émetteur pourvu d'un système optique a.focale variable per-mettant de suivre le projectile au cours de son eloignement, d'éclairer l'objectif, de permettre de le;dé~ecter avec une camera de television - -munie d'une croisée de réticule, et d~autre part, un ou plusieur s détecteurs placés 6ur le projectile et réalisés f:OU9 la forme de dispositifs électro-optiques formés par une lentille convergente au foyer de laquelle est placée une cellule sensible à l'intensité du rayonnement électromagnétique et 5 accusant une variation quand elle passe d'un anneau à un autre, des moyens étant par ailleurs prévus dans le projectile pour analyser les signaux enregistrés, déterminer la distance à l'axe du fai~ceau et sa dérivée et corriger la trajectoire du projectile à partir de ces informations.
D'autre~ caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront 10 de la description ci-après, qui faite en référence aux dessins annexés, en illustre de6 exemples de réalisation.
Sur les dessins:
La figure 1 représente la coupe d un exemple de réalisation d'un fai~ceau ~ -émis par la source de rayonnement électromagnétique par un plan passant 15 par le projectile;
La figure 2 illustre de fac,on schématique un moyen permettant de réaliser ce faisceau;
La figure 3 représente la coupe d'un second exemple de faisceau, émis par la source de rayonnement électromagnétique, par un plan passant par 20 le projectilei La figure 4 représente, en coupe similaire à la figure 3,, un ~roisième exemple de réalisation de faisceau;
Les igures 5 et 6 repréaentent, en des coupes similaires, deux autres variantes de faisceaux;
Les figures 7 et 8 sont des ~chémas théoriques destinés à faire com-prendre une autre variante de l'invention; et La figure 9 illustre un autre exemple de réalisation d'un faisceau.
On se réfère en premier lieu aux figures 1 et 2.
Le faisceau utilisé dans ce premier exemple de réalisation e~t formé
, . . . .
.: , .
~_ _ ................. . . .... - -- - - -- - -- ~0~3~35 dans un plan P à une distance D d'un émetteur de rayonnerx~ent (et au voisi-nage de ce plan) d'une suite d'anneaux circulaires concentriques, présentant alternativement des intensités de rayonnement élevée et voisine de z;éro.
Le centre O des cercles concentriques délimitant les anneaux définit avec l'émetteur l'axe du faisceau (fig. 1).
Si 1, 2, 3 .... k forment une 6uite de nombres entiers, si n est un expo~ant voisin de 1 (on choisira n> 1 afin que les écarts entre les cercles augmentent avec k ) et si 1 e~t une longueur, les rayonq des différents cercles sont de la forme a = knl C)n peut bien entendu, sans ~ortir du cadre de l'invention, choisir une loi de croissance différente mais conduisant à de~ écarta augmentant avec k: par exemple une valeur de n pour les faibles valeurs de k et une autre valeur pour k élevé.
lS Suivant un exemple de réalisation de cette invention, le faisceau peut être obtenu par dép6t, sur la face extérieure de la glace semi-réfléchissante d'une chambre de ré~onance laser, d'un revêtelnent métallique réfléchissant reproduisant le dessin de~ anneaux. On forme ainsi un réseau R (fig. 2).
Dans le cas où la couche semi-réfléchissante est disposée sur la face interne de la glace, il y a intérêt, afin d'éviter, dans la mesure du possible, toute perturbation pour le laser, à choisir une épaisseur de glace telle qu'un système d 'onde ~ stationnaire s pUi9 se s 'établir entre le s deux couche s métal -liques en tenant compte du fait que le noeud de la vibration est à l'intérieur du métal.
De façon à ce que l'on obtienne constamment une image du réseau R
dan~ un plan passant par le projectile, le dispositif de l'invention comporte un système optique à focale variable donnant du réseau R une image de ce plan P. Aux fins de 3implification, on a représenté à la figure 2 ce dispositif sous la forme d'une lentille unique L, des moyens étant prevus pour obtenir : .
, .
~73~35 une image de dimensions déterminées à différentes distances.
L'ouverture de l'optique doit être telle que le fil-trage de l'image reste acceptable aux distances considérées.
Il convient également de prévoir des moyens permet-tant de corriger au mieux les aberrations géométriques; ce sont en effet ces aberrations et également la di-ffraction qui imposent un écart minimum entre deux cercles à une distance donnée.
- S'il existe un rayonnement d'intensité non nulle dans les anneaux de moindre intensité, on fera en sorte que ;~ ce rayonnement présente une différence-de phase de ~ par rap- -r port au rayonnement maximum afin de diminuer liinfluence de , ; ~-la difEraction.
On peut démontrer qu'il existe, pour un réglage fixe de l'optique, une image analogue à celle existant dans le plan P, dans l'espace situé devant et derrière ce plan P, jusqu'à
des distances fonction du rapport elltre l'écart de deux cercles successifs et le diamètre de la pupille de sortie. Cependant la varlation des intensités ]umineuses est plus progressive.
En dehors de ces ~ones, il n'y a plus d'extinction dans 1a zone utile du ch~mp. On peut utiliser comme télémètre l'émetteur , .
` d'un tel faisceau muni de son optique ré~lable. Cependant les résultats sont moins précis que ceux obtenus avec des télé~
mètres lasers. Ce dispositif permet également de vérifier l'harmonisation entre l'axe du faisceau et la croisée de réti-cule~de la camera de telévision. ~ -.
Si on place dans ce plall P un dispositiE électro-~ ~ optique formé par exemple par une lentille convergente au ; foyer de laquelle se trouve une celluIe sensible à l'intensité
:
du rayonnement électroma~netique, ce dispositif détectera ~ ~-uDe variation 10L S~U ' a(l niveau du plan P il~pàssera d'un an- ~
:, . . : - ,.
neau dans un autre. Il y aura intéret à munir ce~dispositif ~
, ~r : ~ :
1073C~85 d'un filtre ne laissant passer que le rayonnement monochroma-tique de l'ém~tteur.
Selon l'invention,-le mobile ou le projectile en au-torotation à guider est muni a l un ou plusieurs de tels dispo-sitifs électro-optiques. Ces dispositifs balayent donc le faisceau en tournant autour d'un axe parallèle approximative-ment à l'axe du faisceau avec une vitesse angulaire ~ =2~ N = dO
N étant le nombre de tours/sec du mobile, ~ sa vitesse instantanée de rotation, ~l'anglede repérage.
r L'analyse des signaux enregistrés permet de déter-~ miner la distance à l'axe du faisceau et sa dérivée.
; Dans~llexemple illustré par la figure 1, le mobile (ici un projectile en autorotation) comporte deux dispositifs électro-optiques A et B placés aux deux extrémités d'un dia-mètre passant par l'axe de rotatiorl O'.
Soit AB = 2r.
,' 00' = ~ , ', -, 20 ~ v~ = d~t~ ~ ~
OX un axe de référence ~ixe dans l'espace;
O'X' ~ l'axe parallèle à OX passant par O';
~ ~ O = O'X' , O'A
`~ Si k est l'an~le cor~espondant à l'lntersection du ceecle dc rang k ou "iso k" , Oll l~eut établie ~ue:
k~ 1 e2 2 k ~- ~= arC CS ~ F
. . . .
~; On analysera d'abord le cas où ~ =0.
~ ~ Soit C le point O = O ~uand C~= QO
On demontre~-lue le llonlbre d "iso k" coupés par~A
:~ - . ~ , : - : : ~ -~ et B lors d'une rotation de 180 est~avec une~très bonne ~ ~
i :- : . . ~
approximation, indépendant de v et est uniquement fonction de e ~sauf pour e - ~ - 0~ . Soit cette donnée. On a:
nl 1 ~ ) n 1 (I) - Si~ est la différence algebrique entre le nombre de coupures d'anneaux du réseau enregistrées par A, lorsque A
se déplace de 0 à 180, et celles de B dans le meme temps, on peut écrire, avec une bonne approximation:
v = - ~ . 4 r N (2) '~ ' ' ' '; .~
En faisant la somme de trois angles successifs : ~
(ou des temps qui s'écoulent entre quatre coupures successives), :.~.- .
on constate que cette somme présente: .
un maximum important pour O ~ O
:i - un maximum en général moins important, surtout quand~ n'est pas trop grand, pour ~rJ180 , et - :
~ un minimum absolu pour O = ~ 90.
,j .
20En prenant le milieu de la coupure centrale lorsque : - - .--la somme est maximum on peut de toute façon déterminer la droite ~ non orientée 0 à 180 et déterminer ~
ë~ Lorsque e niest pas trop grand par rapport à r, on ~ détermine ainsi e`n même temps le point C de la figure 1 cor-~ .
~` respondant à Q = ~ (et O = O lorsque ~ = 0). ..
~?7~ Lorsque ~devient trop:grand par rapport à r, le maxi- -mum à O - ~+ 180 peut rejoindre et même dépasser pour cer~
.'~ taines valeurs de ~, le niveau du maximum à O = ~. On compare alors la v.itesse calculée à partir de l'équation (2) avec la .
~ .vitesse déduite de la variation de ~ en fonction de On peut ainsi lever l'ambiguité pour r grand.
. ~ . .
,, . ~. , ; ~ . . ~ . .
. -6- .
,~ ' ' ' , 1C~73~35 D'autres mesures permettent également de déterminer eet v.
On démontre que si Tl est le temps entre deux coupures lorsque la somme des trois coupures est minimum pour le dis-: positif électro-optique se déplaçant de 0 à 180 et T2 le temps de coupure pour l'autre dispositif, on a: .
1 + 1 indépendant de v et uniquement fonc-Tl 2 tion de e .
10Par contre 1_ 1 est proportionnel à -v.
Tl T2 . et Tl - T2 v ; Tl ~ T2 r~ ~ t3) . . On a vu plus haut que pour v = 0, la référence O =~
- est donnée parle milieu de la coupure centrale de trois in-tervalles présentant un maximum de durée. Lorsque v n'est pLus négligeable, il faut apporter une correction égale à
_ v ( ` ) radians : :20 ~
que l'on peut assimiler, puisqu'il s'a~it d'un terme correctif, à`- ~r qui, d'après la relation (3) est égal-à Tl T2 Tl ~ T2 ; ou à 2 ~ d'après l:a relation (2).
Dans le cas où l'invention est appliquée au guidage --diun projectiLe en autorotation, 1l faut disposer dans ce dernier d'une base de temps. Il faut en particulier connaitre ~: dans cette base le temps qu'il faut au projectile pour faire. : -un tour. Quant ~ ~ O c'est le temps qui s'écoule entre 30 ~ dt i~ . deux maximum principaux successifs, ou le double du temps : .
- : :
,:
~ -7- ~
, ... , .. . ~ ~ . , ~.. . .. .
~L~73al~5 . ., ~. ..
qui s'écoule entre deux minimum successiEs. Pour des projectiles rapides et pour N de l'ordre de 10 tours par seconde, d sera dt négligeable.
On supposera donc que le projectile es-t pourvu d'une base de temps. Ils convient d'ailleurs de remarquer qu'il n'est pas nécessaire que cette base de temps soit précise et I qu'il suffit qu'elle soit relativement stable pendant la durée ~u vol.
; Dans cette base on mesure le temps correspondant à
trois intervalles successifs et on en déduit les instants
2~ ~3~ etc.. correspondant aux maximums principaux suc-,~ . .
; cessifs. Dans ces conditions . ,~, ,~ ' -. '.
.. . .. . .
~3 -~2 = T2 .. 1 .
etc.......
sont les temps nécessaires pour effectuer un tour. Ces temps ne varient que lentement en fonction de la vitesse de vol. On mesure J 1 nombre de coupures subies par A de 0 à 180, J2 .. . .
'~ 20 nombre de coupures subies par B dans le même temps, c'est-à- dire de 180 à 360 . On en déduit 2 et ~ 2 ~ ainsl, que ~ )\ n-l 'i t v = ~ ) 4~
Si l'on ne veut pas tenir pour négligeable dt il ..: -' ~ 30 faut mesurer la vitesse de rotation w. On peut le faire en , disposant dans le projectile deux accéléromètres identiques placés symétriquement par rapport ù l'axe longit~dlnal principal .. . ~ .", . , ., ,. ,, . ... ,. . . :; :
~7301BS
d'inertie à une distance d de cet axe. La demi-somme de leur mesure donne d~ dont on déduit ~= dt une base de temps permet d'en déduire ~
Pour annuler cette vitesse de rotation du projectile autour de son axe O, il faut décaler les ordres d'une quantité
~ d ~ e Ul dt - v On peut aussi donner aux ordres un décalage fixe ~2 pour tenir compte du retard qui s'écoule entre l'instant où
l'ordre électrique est envoyé au projectile et celui ou l'ordre .. ~
est exécuté, par exemple par la gouverne du projectile (retard de gouverne), et un décalage ~3 pour compenser l'efet gyros-copique.
Pour des facilités de l'exposé on a admis:
a) que la gouverne du projectile est actionnée par -tout ou rien. Dans ces conditions le moment de gouverne est ` proportionnel à la durée pendant laquelle on fait agir la gou-verne, à condition-de ne pas balayer des angles nettement supé-r1eurs à ~ ; - -b~ que le projectile n'e-st muni que d'une gouverne dans un plan, cette hypothèse n'est pas indispensable mais étant donné les vltesses de rotation envisagées, elle permet un gui-dage correctdu projectile;
; ; c) que le moment instantané de gouverne est dans le plan AB;
d) que l'on a établi une loi de commande f ( ~ v) ;i : : .
.~t~ tenant compte d'un lissage plus ou moins-important dee et de v.
,~j . : .
-30 Il est bien évi~dent que le nombre d'informations par seconde augmente avea N et avec le nombre de détecteurs placés a bord du projectile.~
.
; 4 - 8a-, ~, 1~73~
Si on suppose, à titre d'exemple, que le moment Ge gouverne doit être diriseé vers o, l'instant de début de l'ordre de rang 1 est:
ti 1 2 2 et l'instant de fin de l'ordre de rang i es~:
t i ~i + T2 ~ 2 ~
r ~étant la somme algébrique des avances ou retards dont on veut tenir compte (notamment C~lr S2 ou ~3).
Il ressort de l'expos~ théorique qui précède que la . combinaison d'un émetteur produisant un faisceau tel que décrit ; et d'un ou plusieurs détecteurs de rayonnement placés sur le mobile en autorotation permet d'assurer l'asservissement du ,,,,,,,~,m.o~b,i,l,e sur, l'axe de la trajectoire. Par ailleurs le faisceau , .
.. . ..:
' - ' ', , ' . ' ~ .: ~" ,-" :, ~6~73~5 émis peut être utilisé pour assurer le pointage d'un affût et me6urer la di~tance à l'objectif.
Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, le faisceau de rayon-nements électromagnétiques est formé d'anneaux circulaires concentriques 5 modulés en amplitude.
Selon une autre caractéri6tique de cette invention, on utilise un faisceau consti~ué ~'un réseau de bandes, de préférence d'égale largeur, rendues alternativement opaque~ et transparentes, ce réseau étant obtenu en divisant un plan P, situé à une distance D de l'émetteur de rayonnement, 10 en /u secteurs angulaires égaux ayant pour centre la trace O de l'axe du faisceau dans ce plan, /u étant un entier pair, de préférence, en portant sur les ,~a bissectrices des ~ecteurs une pluralité de points Ml, M2 . .
Mk disposés de telle façon que:
OMl = MlM2 = Mk-l k 15 et en menant, à partir de~dit~ point~, des parallèles aux droites qui limitent les secteurs angulaires, le fai~ceau ainsi obtenu étant entra~né en rotation autour de son axe, dans un sens opposé à celui de la rotation du projectile.
On se réfère maintenant à la figure 3. Cette figure représente le ~ faisceau dans un plan P, situé à une distance D de l'émetteur de rayonnement ; 20 et au voisinage de ce plan. O désigne la trace de l axe de ce faisceau dans ce ; plan P. Ce dernier est divisé en/u secteurs angulaires égaux, de centre O, ` /u étant de préférence un entier pair.
,~ A partir de O, on porte, sur le~ /u bis6ectrices des ~ecteurs an~su- ;
laires ainsi obtenus, une pluralité de points Ml, M2 .. Mk ~ tels que 25 ~ 1 MlM2 = Mk lMk = d .
P 1 ~ M2 ~ . . . .Mk ~ on mène des parallèles aux droite 8 qui limitent les secteur 9 angulaires, et on définit ainsi un réseau formé de ba~des d'égale largeur, qu'on rend alternativement opaque6 et transparente 8.
Dans l'exemple de réali~ation représenté à la figure 3, on a choi~i, à titre d exemple, /u = 8; l'angle de~ secteurs est donc:
2'~
u 4 et la largeur de chacune des bandes est:
: ' ,~ . .
'. '.
: ~ ' ' ' .~ . . . : : - . : . .
~. l o -~73~
= d ~in-- = d ~in --/u 8 Selon cette invention, on fait tourner le faisceau autour de son axe avec une vitesse angulaire J~ . Quand le fai~ceau fait un tour, le nombre d'alter-nances qu~enregi6tre un détecteur A, placé en un point fixe de l~espace et situé à une distance de O comprise entre (k - 1) d et kd, est:
2 ( k - 1 ) /u Ce nombre e~t donc proportionnel à k, et donc à la distance au centre O.
Pour obtenir ce réseau et réaliser sa projection dan~ l'espace, on peut utiliser les moyens décrits plus haut, c'est-à-dire un laser, le faisceau étant obtenu par dépôt, sur la face extérieure de la glace semi-réfléchissante de sa chambre de ré~onance, d'un revêtement métallique ré~chissant repro-duisant le des~3in du réseau. -Pour réali~er la rotation du faisceau, on peut faire tourner l'ensemble de la chambre de ré~onance autour de ~on axe. O~ peut aussi faire tourner uniquement un disque ajouré et projeter l'image de ce di~que.
Suivant une variante, on peut utiliser des réseaux différents de celui décrit ci-dessus en référence ~ la figure 3. Par exemple, au lieu de droites limitant les secteurs angulaires, on peut utiliser des courbes, par exemple de s spirale s.
ZO On peut au~si, comme illustré par la figure 4, utiliser des bandes d'égale largeur, alternativement opaques et transparentes, dont les axes passent par O.
Sur la figure 3, on a représenté le projectile de centre O', situé ~ une distance ~ de O. Ce projectile est en auto-rotation, avec une vitesse angu-laire ~) . Comme dans le cas plu8 haut, ~ce projectile comporte deux détecteurs de rayonnement A et 33, placéA aux dewc extrémité~ d'un diametre pa 8 sant pa r 1 'axe de rotati on O ' . ;; -~` Soit: AB ~ 2 r (il sera intére~sant de choisir r = d) 0O = e : ~:
, ~--~;) = O ', BA
~ d~
La vitesse de rotation L~J du projectile est opposée à celle Q du faisceau, et on admettre que (~ <~ f2 ,....... .. -. :
, .
'i 'J
~73~85 On peut réguler, au poste de tir, la vitesse de rotation Q, afin qu' elle ait une valeur bien définie. Il y a intérêt à la prendre la plu8 grandepossible, compatible avec le temps de réponse des détecteurs. Les procédé~
de mesure à bord sont basés sur cette hypothèse.
Dans le projectile, on mettra en mémoire le temps:
~t= 2~
ternps qu'il faut au faisceau pour faire un tour.
Dans ces condition~, si NA et NB ~ont leq nombres de coupures enre- -gistrées par les détecteurs A et B pendant le temps ~ t = _~ , on a 10 alors, avec une bonne approximation:
[ ~ ]
Pour que cette relation ~oit encore valable pour ~ voisin de z~ro, il y a intérêt à modifier le réseau autour du centre, de façon à supprimer les coupures autour de l'origine, par exemple comme représenté sur la figure 5.
Toujours à titre d'exemple, on a, dan~ ce réseau, coupé 1 es angles vif~ de fa,con à rendre les coupures plus préci0es. (On a choisi, dans cet exemple d = r et /u = 4 ) Lorsqu'on choisit /u = 2, il e~t préférable de prendre une définition du réseau légèrement différente de la définition théorique donnée plus haut, de 20 fa,con à ce que la bande k = O ~oit à cheval sur l'origine, comme représenté
sur la figure 6.
La bande O s'étend de ~ 2 à 2 La bande 1 s 'étend de 2 à 2 La bande -1 s'étend de 2 à 2 .; ~ . , ~ , .
25La bande k s'étend de 2 à 2+ d La bande -k s'étend de _ k2d à _ k 2 Z d ., .
; cessifs. Dans ces conditions . ,~, ,~ ' -. '.
.. . .. . .
~3 -~2 = T2 .. 1 .
etc.......
sont les temps nécessaires pour effectuer un tour. Ces temps ne varient que lentement en fonction de la vitesse de vol. On mesure J 1 nombre de coupures subies par A de 0 à 180, J2 .. . .
'~ 20 nombre de coupures subies par B dans le même temps, c'est-à- dire de 180 à 360 . On en déduit 2 et ~ 2 ~ ainsl, que ~ )\ n-l 'i t v = ~ ) 4~
Si l'on ne veut pas tenir pour négligeable dt il ..: -' ~ 30 faut mesurer la vitesse de rotation w. On peut le faire en , disposant dans le projectile deux accéléromètres identiques placés symétriquement par rapport ù l'axe longit~dlnal principal .. . ~ .", . , ., ,. ,, . ... ,. . . :; :
~7301BS
d'inertie à une distance d de cet axe. La demi-somme de leur mesure donne d~ dont on déduit ~= dt une base de temps permet d'en déduire ~
Pour annuler cette vitesse de rotation du projectile autour de son axe O, il faut décaler les ordres d'une quantité
~ d ~ e Ul dt - v On peut aussi donner aux ordres un décalage fixe ~2 pour tenir compte du retard qui s'écoule entre l'instant où
l'ordre électrique est envoyé au projectile et celui ou l'ordre .. ~
est exécuté, par exemple par la gouverne du projectile (retard de gouverne), et un décalage ~3 pour compenser l'efet gyros-copique.
Pour des facilités de l'exposé on a admis:
a) que la gouverne du projectile est actionnée par -tout ou rien. Dans ces conditions le moment de gouverne est ` proportionnel à la durée pendant laquelle on fait agir la gou-verne, à condition-de ne pas balayer des angles nettement supé-r1eurs à ~ ; - -b~ que le projectile n'e-st muni que d'une gouverne dans un plan, cette hypothèse n'est pas indispensable mais étant donné les vltesses de rotation envisagées, elle permet un gui-dage correctdu projectile;
; ; c) que le moment instantané de gouverne est dans le plan AB;
d) que l'on a établi une loi de commande f ( ~ v) ;i : : .
.~t~ tenant compte d'un lissage plus ou moins-important dee et de v.
,~j . : .
-30 Il est bien évi~dent que le nombre d'informations par seconde augmente avea N et avec le nombre de détecteurs placés a bord du projectile.~
.
; 4 - 8a-, ~, 1~73~
Si on suppose, à titre d'exemple, que le moment Ge gouverne doit être diriseé vers o, l'instant de début de l'ordre de rang 1 est:
ti 1 2 2 et l'instant de fin de l'ordre de rang i es~:
t i ~i + T2 ~ 2 ~
r ~étant la somme algébrique des avances ou retards dont on veut tenir compte (notamment C~lr S2 ou ~3).
Il ressort de l'expos~ théorique qui précède que la . combinaison d'un émetteur produisant un faisceau tel que décrit ; et d'un ou plusieurs détecteurs de rayonnement placés sur le mobile en autorotation permet d'assurer l'asservissement du ,,,,,,,~,m.o~b,i,l,e sur, l'axe de la trajectoire. Par ailleurs le faisceau , .
.. . ..:
' - ' ', , ' . ' ~ .: ~" ,-" :, ~6~73~5 émis peut être utilisé pour assurer le pointage d'un affût et me6urer la di~tance à l'objectif.
Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, le faisceau de rayon-nements électromagnétiques est formé d'anneaux circulaires concentriques 5 modulés en amplitude.
Selon une autre caractéri6tique de cette invention, on utilise un faisceau consti~ué ~'un réseau de bandes, de préférence d'égale largeur, rendues alternativement opaque~ et transparentes, ce réseau étant obtenu en divisant un plan P, situé à une distance D de l'émetteur de rayonnement, 10 en /u secteurs angulaires égaux ayant pour centre la trace O de l'axe du faisceau dans ce plan, /u étant un entier pair, de préférence, en portant sur les ,~a bissectrices des ~ecteurs une pluralité de points Ml, M2 . .
Mk disposés de telle façon que:
OMl = MlM2 = Mk-l k 15 et en menant, à partir de~dit~ point~, des parallèles aux droites qui limitent les secteurs angulaires, le fai~ceau ainsi obtenu étant entra~né en rotation autour de son axe, dans un sens opposé à celui de la rotation du projectile.
On se réfère maintenant à la figure 3. Cette figure représente le ~ faisceau dans un plan P, situé à une distance D de l'émetteur de rayonnement ; 20 et au voisinage de ce plan. O désigne la trace de l axe de ce faisceau dans ce ; plan P. Ce dernier est divisé en/u secteurs angulaires égaux, de centre O, ` /u étant de préférence un entier pair.
,~ A partir de O, on porte, sur le~ /u bis6ectrices des ~ecteurs an~su- ;
laires ainsi obtenus, une pluralité de points Ml, M2 .. Mk ~ tels que 25 ~ 1 MlM2 = Mk lMk = d .
P 1 ~ M2 ~ . . . .Mk ~ on mène des parallèles aux droite 8 qui limitent les secteur 9 angulaires, et on définit ainsi un réseau formé de ba~des d'égale largeur, qu'on rend alternativement opaque6 et transparente 8.
Dans l'exemple de réali~ation représenté à la figure 3, on a choi~i, à titre d exemple, /u = 8; l'angle de~ secteurs est donc:
2'~
u 4 et la largeur de chacune des bandes est:
: ' ,~ . .
'. '.
: ~ ' ' ' .~ . . . : : - . : . .
~. l o -~73~
= d ~in-- = d ~in --/u 8 Selon cette invention, on fait tourner le faisceau autour de son axe avec une vitesse angulaire J~ . Quand le fai~ceau fait un tour, le nombre d'alter-nances qu~enregi6tre un détecteur A, placé en un point fixe de l~espace et situé à une distance de O comprise entre (k - 1) d et kd, est:
2 ( k - 1 ) /u Ce nombre e~t donc proportionnel à k, et donc à la distance au centre O.
Pour obtenir ce réseau et réaliser sa projection dan~ l'espace, on peut utiliser les moyens décrits plus haut, c'est-à-dire un laser, le faisceau étant obtenu par dépôt, sur la face extérieure de la glace semi-réfléchissante de sa chambre de ré~onance, d'un revêtement métallique ré~chissant repro-duisant le des~3in du réseau. -Pour réali~er la rotation du faisceau, on peut faire tourner l'ensemble de la chambre de ré~onance autour de ~on axe. O~ peut aussi faire tourner uniquement un disque ajouré et projeter l'image de ce di~que.
Suivant une variante, on peut utiliser des réseaux différents de celui décrit ci-dessus en référence ~ la figure 3. Par exemple, au lieu de droites limitant les secteurs angulaires, on peut utiliser des courbes, par exemple de s spirale s.
ZO On peut au~si, comme illustré par la figure 4, utiliser des bandes d'égale largeur, alternativement opaques et transparentes, dont les axes passent par O.
Sur la figure 3, on a représenté le projectile de centre O', situé ~ une distance ~ de O. Ce projectile est en auto-rotation, avec une vitesse angu-laire ~) . Comme dans le cas plu8 haut, ~ce projectile comporte deux détecteurs de rayonnement A et 33, placéA aux dewc extrémité~ d'un diametre pa 8 sant pa r 1 'axe de rotati on O ' . ;; -~` Soit: AB ~ 2 r (il sera intére~sant de choisir r = d) 0O = e : ~:
, ~--~;) = O ', BA
~ d~
La vitesse de rotation L~J du projectile est opposée à celle Q du faisceau, et on admettre que (~ <~ f2 ,....... .. -. :
, .
'i 'J
~73~85 On peut réguler, au poste de tir, la vitesse de rotation Q, afin qu' elle ait une valeur bien définie. Il y a intérêt à la prendre la plu8 grandepossible, compatible avec le temps de réponse des détecteurs. Les procédé~
de mesure à bord sont basés sur cette hypothèse.
Dans le projectile, on mettra en mémoire le temps:
~t= 2~
ternps qu'il faut au faisceau pour faire un tour.
Dans ces condition~, si NA et NB ~ont leq nombres de coupures enre- -gistrées par les détecteurs A et B pendant le temps ~ t = _~ , on a 10 alors, avec une bonne approximation:
[ ~ ]
Pour que cette relation ~oit encore valable pour ~ voisin de z~ro, il y a intérêt à modifier le réseau autour du centre, de façon à supprimer les coupures autour de l'origine, par exemple comme représenté sur la figure 5.
Toujours à titre d'exemple, on a, dan~ ce réseau, coupé 1 es angles vif~ de fa,con à rendre les coupures plus préci0es. (On a choisi, dans cet exemple d = r et /u = 4 ) Lorsqu'on choisit /u = 2, il e~t préférable de prendre une définition du réseau légèrement différente de la définition théorique donnée plus haut, de 20 fa,con à ce que la bande k = O ~oit à cheval sur l'origine, comme représenté
sur la figure 6.
La bande O s'étend de ~ 2 à 2 La bande 1 s 'étend de 2 à 2 La bande -1 s'étend de 2 à 2 .; ~ . , ~ , .
25La bande k s'étend de 2 à 2+ d La bande -k s'étend de _ k2d à _ k 2 Z d ., .
3 Pour que la formule générale soit encore ~ralable pour e voisin de O, on modifiera encore la bande centrale autour de l'origine, comme représenté
sur cette figure 6; on peut de même, ~ titre d'exemple, interrompre les ~"
., , ,~
; ~ ~73~35 bandes comme représenté sur la même ~igure, afin d'éviter les coupures tangentielle 9.
Le nombre par seconde de détermination de ~ qu'on est susceptible de faire - soit 2~ ~ e~it très élevé, et on peut en déduire une valeur lissée suffisamment précise de ~ pour qu'on puisse en déduire dt Par ailleurs, on a aussi:
N - N
COiS ~ = - . d
sur cette figure 6; on peut de même, ~ titre d'exemple, interrompre les ~"
., , ,~
; ~ ~73~35 bandes comme représenté sur la même ~igure, afin d'éviter les coupures tangentielle 9.
Le nombre par seconde de détermination de ~ qu'on est susceptible de faire - soit 2~ ~ e~it très élevé, et on peut en déduire une valeur lissée suffisamment précise de ~ pour qu'on puisse en déduire dt Par ailleurs, on a aussi:
N - N
COiS ~ = - . d
4 r /u En particulier, lorsque cos ~ = 1, c'est-à-dire lorsque le détecteur A se trouve en C, on a:
A B d et lorsque ~ = 2 A B
Ceci permet de déterminer l'instant L de pas~age du détecteur A en C.
On peut ainsi, en comptant le nombre de coupures pendant un temps déterminé, obtenir ~ bord les données permettant l'auto-asservissement du projectile ~ur l axe du faisceau, Il résulte de la description qui précède que selon l'invention (fig. 7 et 8) on projette dans l'espace, en direction du but B' un faisceau de rayonnements électxomagnétiques, par exemple un fai~ceau laser, à travers une mire tour-nante M et une optique à focale variable T, de telle sorte que lahection droite S
du faisceau reste constante au droit du projectile M, tout au long de la trajec-toire. Le projectile est animé d'une forte rotation en roulis~ et il porte deux détecteurs dans un plan normal à son plan de manobuvre unique, ou plus s'il ~ ~ -y a deux plans de manoeuvre.
Comme on l'a compris, le principe du guidage de l'invention consiste 25 ~ calculer, dans un système d'axe lié au projectile (fig. 8), le~ coordonnéespolaires (~ et ~e de la position du projectile par rapport au centre C
du faisceau, e désignant la di~tance de l axe du projectile au centre du }~ faisceau, et ~ l'inclinaison du centre de manoeuvre par rapport à la radiale passant par l'axe du projectile.
~ On applique un ordre de braquage par tout ou rien à un certain instant t, ~; à partir du point de passage pax ~e = . dont la durée est, par exemple, proportionnelle à:
K ~ m m ~ t J ~: : :
,: .,. ::
. .
., ,~,` . . .
. . .. , . .,. ~,, . , . , i. .,; , .; -, . . , , , ~ . . . .. . . ..
~7;~S
On déternline les valeur~ de (~ et ~ de la fac,on suivante:
a) la gravure de la mire M est réalisée de telle sorte que l'information recueillie par le~ détecteur~ est proportionnelle au rayon;
b) la mire tournant à une vitesse très grande par rapport à la vites~e de rotation en roulis du projectile, les détecteurs Dl et D2 de ce dernier fourni~sent des informations e 1 et t~2 telles que:
e = el+ e2 m 2 ~ m = Arc sinus - 1 1 2_ 1 étant la distance entre les deux détecteurs Dl et D2.
Dans les divers exemples de r~alisation décrits plus haut, la gravure de la mire M est réali6ée par de~ familles de franges, et la lecture de e 1 et ~ 2 'effectue par un ~imple comptage de~ impul~ions engendrées par les détecteurs au pas~age de chaque frange.
Il a'avare que l'utilisation de mires à franges entrarne les limitations ~uivante s:
1) bruit de quantification important, par ~uite du nombre limité des franges;
2) difficulté d'utilisation d'un laser pulsé, qui introduit un bruit de quanti-fication supplémentaire.
Or, il est intéressant d'utiliser un laser pulsé, qui permet de réduire notablement la consommation d'énergie, et par suite, le poids et le volume des batteries d'accumulateur, ce qui e~t important dans le cas où l'illumina-teur est portable.
En conséquence, ~elon une variante d~ cette invention, on lit les information e 1 et e2 fournie~ par les détecteurs du projectile par comptage d'impulsions d'horloge appliquées pendant le créneau de validation élaboré par j, ~ le détecteur pendant le temp~ d'éclairement.
Selon une autre variante de cette invention, on utilise un laser pulsé comme émetteur de faisceau, et la lecture de e, et ~ 2 s'effectue par comptage d'impulsions élaborées par le détecteur.
~i 30 Selon une autre caractéristique de cette invention, la gravure de la mire eijt réalisée à l'aide d'un secteur limité pàr des courbe~ géométriques dom-ant .,~ ' . , .
~ .
.
.. - .
' ~ :
, " . ., 4~ ~ 73~3S
..
des secteurs de largeur relative variant avec la distance au centre, par exemplede s spirale s.
A la figure 9 du dessin annexé, on a donné un exemple de réalisation d'une mire ~ ~ecteur spirale.
A B d et lorsque ~ = 2 A B
Ceci permet de déterminer l'instant L de pas~age du détecteur A en C.
On peut ainsi, en comptant le nombre de coupures pendant un temps déterminé, obtenir ~ bord les données permettant l'auto-asservissement du projectile ~ur l axe du faisceau, Il résulte de la description qui précède que selon l'invention (fig. 7 et 8) on projette dans l'espace, en direction du but B' un faisceau de rayonnements électxomagnétiques, par exemple un fai~ceau laser, à travers une mire tour-nante M et une optique à focale variable T, de telle sorte que lahection droite S
du faisceau reste constante au droit du projectile M, tout au long de la trajec-toire. Le projectile est animé d'une forte rotation en roulis~ et il porte deux détecteurs dans un plan normal à son plan de manobuvre unique, ou plus s'il ~ ~ -y a deux plans de manoeuvre.
Comme on l'a compris, le principe du guidage de l'invention consiste 25 ~ calculer, dans un système d'axe lié au projectile (fig. 8), le~ coordonnéespolaires (~ et ~e de la position du projectile par rapport au centre C
du faisceau, e désignant la di~tance de l axe du projectile au centre du }~ faisceau, et ~ l'inclinaison du centre de manoeuvre par rapport à la radiale passant par l'axe du projectile.
~ On applique un ordre de braquage par tout ou rien à un certain instant t, ~; à partir du point de passage pax ~e = . dont la durée est, par exemple, proportionnelle à:
K ~ m m ~ t J ~: : :
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. .
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~7;~S
On déternline les valeur~ de (~ et ~ de la fac,on suivante:
a) la gravure de la mire M est réalisée de telle sorte que l'information recueillie par le~ détecteur~ est proportionnelle au rayon;
b) la mire tournant à une vitesse très grande par rapport à la vites~e de rotation en roulis du projectile, les détecteurs Dl et D2 de ce dernier fourni~sent des informations e 1 et t~2 telles que:
e = el+ e2 m 2 ~ m = Arc sinus - 1 1 2_ 1 étant la distance entre les deux détecteurs Dl et D2.
Dans les divers exemples de r~alisation décrits plus haut, la gravure de la mire M est réali6ée par de~ familles de franges, et la lecture de e 1 et ~ 2 'effectue par un ~imple comptage de~ impul~ions engendrées par les détecteurs au pas~age de chaque frange.
Il a'avare que l'utilisation de mires à franges entrarne les limitations ~uivante s:
1) bruit de quantification important, par ~uite du nombre limité des franges;
2) difficulté d'utilisation d'un laser pulsé, qui introduit un bruit de quanti-fication supplémentaire.
Or, il est intéressant d'utiliser un laser pulsé, qui permet de réduire notablement la consommation d'énergie, et par suite, le poids et le volume des batteries d'accumulateur, ce qui e~t important dans le cas où l'illumina-teur est portable.
En conséquence, ~elon une variante d~ cette invention, on lit les information e 1 et e2 fournie~ par les détecteurs du projectile par comptage d'impulsions d'horloge appliquées pendant le créneau de validation élaboré par j, ~ le détecteur pendant le temp~ d'éclairement.
Selon une autre variante de cette invention, on utilise un laser pulsé comme émetteur de faisceau, et la lecture de e, et ~ 2 s'effectue par comptage d'impulsions élaborées par le détecteur.
~i 30 Selon une autre caractéristique de cette invention, la gravure de la mire eijt réalisée à l'aide d'un secteur limité pàr des courbe~ géométriques dom-ant .,~ ' . , .
~ .
.
.. - .
' ~ :
, " . ., 4~ ~ 73~3S
..
des secteurs de largeur relative variant avec la distance au centre, par exemplede s spirale s.
A la figure 9 du dessin annexé, on a donné un exemple de réalisation d'une mire ~ ~ecteur spirale.
- 5 Sur cette figure, on voit en D la trace d'un détecteur de projectile dans le plan de la section du faisceau. Ainsi qu'on l'a indi~ué plus haut, 1EI lecture de~ informations ~ 1 et e 2 ~'effectue par un comptage de temps, plus pré-cisément de la différence des temps d'éclairement et des temps sombres, fonction de la distance ~ .
L'utili~sation d'une mire à secteur spirale permet l'emploi d'un laser pulsé et diminue le bruit de quantification.
Dans un dispo~itif selon l'invention le poste de tir est particulièrement simple et certains de ses élément~ peuvent servir à d'autre~ usages.
En effet il comporte e~entiellement l'émetteur muni de ~on réseau et 15 de son optique ~ focale variable qui, durant le tir, sera en général programmé
- suivant la loi théorique d'éloignement du projectile. Si néce6saire, un télématre mesurant la di~tance du mobile peut as~ervir l'optique. Avant le tir, l'optique sera dans la position corre~pondant à la di~tance de prise en charge D i et pos~ède donc le champ le plu~ large. L'émetteur éclaire alors d'une fa~on 20 à peu près uniforme le paysage qui se trouve dans son champ au-delà de la di~tance Dmin.
Suivant l'invention, on peut utiliser une caméra de télévision sensible aux rayonnements de l'émetteur et munie d'une croisée de réticule pour per-mettre l'observation de jour et de nuit et le déclençhement du tir lorsque -I 25 l'objectif est dans le domaine de tir.
Si nécessaire, le tireur peut, en~pod~fiant la focale variable, mesurer approximativement la distance de l'objectif en assurant la mise au point des ~ anneaux sur ce dernier. En meme temps il peut vérifier et aju~ter la colnci--' dence de la croisée du réticule et de l'axe du faisceau.
`~ 30 Bien entendu une lunette ordinaire harmonisée avec les deux équipements ;1 ci-dessus peut compléter le poste de tir et faciliter l'observation de jour, et meme remplacer la camera de télévi~ion.
Un tel po~te de tir permet de tirer un obus corrigé ou un missile ainsi ; que tout engin bali~tique.
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: . , . , ~ . . .: , ~ . .: , -- -- l s--~G~73~85 On remarque que le dispositif de l'invention permet de supprimer le~
gyroscopes à bord du mobile guidé, ce qui pré~ente les avantages suivants:
- Il n'est pas nécessaire de donner une position en roulis déterminée au mobile sur son affût ou dans son tube de lancement, étant donné qu'on n'a 5 pas à caler le gyroscope; le devers du poste de tir n'a plus aucune importance- et le dispositif de blocage peut être notablement simplifié pu mame éliminé.
- DanY les mobiles à gyroYcope il est nécessaire de prévoir une liaison électrique ou mécanique, entre le mobile et le poste de tir, pour lancer et débloquer le gyroscope avant le tir; dans le di~positif de l'invention, on peut supprimer toute liai~on électrique entre le mis~ile et le poste de tir.
- - Dans les missiles clas3iques, le gyroscope est l'élément qui limite les accélérations pouvant etre données au départ. Or il est e~sentiel de pouvoir augmenter l'accélération dans le tube ou sur l'aff~t pour que la vi- -tesse de bouche soit la plu~ élevée po~sihle. En effet l'acc~lération ~ l'air libre est une ~ource irnportante de disper~ion, dispersion qui rend quelque-fois difficile la pri~e en charge par le dispocitif de guidage et diminue de toute façon la précision aux courtes portée~
Les autre~ équipement~ du mobile, tel~ que piles, composants électro-niques ou optiques, commandes de gouverne, etc. . . peuvent être dispo~és ou con,cus de fa~con à supporter des accélérations de plusieurs milliers de g, de façon à avoir une vitesse de bouche nettement supersonique. Jusqu'à la prise en charge et l'alignement, il y a intérêt à ce que la poussée du propul-seur de croisiare éventuel équilibre au mieux la tra~hée de fa,con à minimiser la di spe r sion .
Cette invention peut également recevoir certaine~ applications en topographie où il peut être intére~ant de rélever la position d'un axe.
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L'utili~sation d'une mire à secteur spirale permet l'emploi d'un laser pulsé et diminue le bruit de quantification.
Dans un dispo~itif selon l'invention le poste de tir est particulièrement simple et certains de ses élément~ peuvent servir à d'autre~ usages.
En effet il comporte e~entiellement l'émetteur muni de ~on réseau et 15 de son optique ~ focale variable qui, durant le tir, sera en général programmé
- suivant la loi théorique d'éloignement du projectile. Si néce6saire, un télématre mesurant la di~tance du mobile peut as~ervir l'optique. Avant le tir, l'optique sera dans la position corre~pondant à la di~tance de prise en charge D i et pos~ède donc le champ le plu~ large. L'émetteur éclaire alors d'une fa~on 20 à peu près uniforme le paysage qui se trouve dans son champ au-delà de la di~tance Dmin.
Suivant l'invention, on peut utiliser une caméra de télévision sensible aux rayonnements de l'émetteur et munie d'une croisée de réticule pour per-mettre l'observation de jour et de nuit et le déclençhement du tir lorsque -I 25 l'objectif est dans le domaine de tir.
Si nécessaire, le tireur peut, en~pod~fiant la focale variable, mesurer approximativement la distance de l'objectif en assurant la mise au point des ~ anneaux sur ce dernier. En meme temps il peut vérifier et aju~ter la colnci--' dence de la croisée du réticule et de l'axe du faisceau.
`~ 30 Bien entendu une lunette ordinaire harmonisée avec les deux équipements ;1 ci-dessus peut compléter le poste de tir et faciliter l'observation de jour, et meme remplacer la camera de télévi~ion.
Un tel po~te de tir permet de tirer un obus corrigé ou un missile ainsi ; que tout engin bali~tique.
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: . , . , ~ . . .: , ~ . .: , -- -- l s--~G~73~85 On remarque que le dispositif de l'invention permet de supprimer le~
gyroscopes à bord du mobile guidé, ce qui pré~ente les avantages suivants:
- Il n'est pas nécessaire de donner une position en roulis déterminée au mobile sur son affût ou dans son tube de lancement, étant donné qu'on n'a 5 pas à caler le gyroscope; le devers du poste de tir n'a plus aucune importance- et le dispositif de blocage peut être notablement simplifié pu mame éliminé.
- DanY les mobiles à gyroYcope il est nécessaire de prévoir une liaison électrique ou mécanique, entre le mobile et le poste de tir, pour lancer et débloquer le gyroscope avant le tir; dans le di~positif de l'invention, on peut supprimer toute liai~on électrique entre le mis~ile et le poste de tir.
- - Dans les missiles clas3iques, le gyroscope est l'élément qui limite les accélérations pouvant etre données au départ. Or il est e~sentiel de pouvoir augmenter l'accélération dans le tube ou sur l'aff~t pour que la vi- -tesse de bouche soit la plu~ élevée po~sihle. En effet l'acc~lération ~ l'air libre est une ~ource irnportante de disper~ion, dispersion qui rend quelque-fois difficile la pri~e en charge par le dispocitif de guidage et diminue de toute façon la précision aux courtes portée~
Les autre~ équipement~ du mobile, tel~ que piles, composants électro-niques ou optiques, commandes de gouverne, etc. . . peuvent être dispo~és ou con,cus de fa~con à supporter des accélérations de plusieurs milliers de g, de façon à avoir une vitesse de bouche nettement supersonique. Jusqu'à la prise en charge et l'alignement, il y a intérêt à ce que la poussée du propul-seur de croisiare éventuel équilibre au mieux la tra~hée de fa,con à minimiser la di spe r sion .
Cette invention peut également recevoir certaine~ applications en topographie où il peut être intére~ant de rélever la position d'un axe.
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Claims (24)
1. Procédé destiné a permettre l'asservissement d'un mobile en autorotation et notamment d'un projectile, carac-térisé en ce qu'il consiste a émettre a l'aide d'une mire tour-nante et d'un optique à focale variable des rayonnements élec-tromagnétiques a très courte longueur d'ondes, sous la forme d'un faisceau modulé en amplitude et a faire balayer ce fais-ceau par au moins un détecteur de rayonnement placé sur le pro-jectile en autorotation, les signaux émis par ces détecteurs permettant de déduire les données nécessaires a l'auto-asservis-sement du projectile a l'axe défini par le centre du faisceau et l'objectif.
2. Procédé selon la revendication 1, caractéri-sé en ce que la structure du faisceau est choisie de façon a permettre la mesure approximative de la distance de l'objectif et l'harmonisation des axes.
3. Procédé selon la revendication 1, caractéri-sé en ce que ledit faisceau est formé d'anneaux circulaires, les rayons des différents cercles étant de la forme:
a=knl formule dans laquqlle :1, 2, 3... k est une suite de nombres entiers, n un exposant voisin de 1, et 1 une longueur.
a=knl formule dans laquqlle :1, 2, 3... k est une suite de nombres entiers, n un exposant voisin de 1, et 1 une longueur.
4. Procédé selon la revendication 1, caracté-risé en ce que ledit faisceau est constitué d'un réseau de bandes, sensiblement d'égale largeur, rendues alternativement opaques et transparentes, ce réseau étant obtenu en divisant un plan P, situé a une distance D de l'émetteur de rayonnement, en µ secteurs angulaires égaux ayant pour centre la trace O de l'axe du faisceau dans ce plan, µ étant de préférence un entier pair, en portant, sur les µ bissectrices des secteurs, une plu-ralité de points M1, M2, ......Mk , disposés de telle façon que:
OM1 = M1 M2 ........Mk - 1Mk = d en en menant, à partir desdits points, des parallèles aux droites qui limitent les secteurs angulaires, le faisceau ainsi obtenu étant entraîné en rotation autour de son axe, de préférence dans un sens opposé à celui de la rotation du projectile.
OM1 = M1 M2 ........Mk - 1Mk = d en en menant, à partir desdits points, des parallèles aux droites qui limitent les secteurs angulaires, le faisceau ainsi obtenu étant entraîné en rotation autour de son axe, de préférence dans un sens opposé à celui de la rotation du projectile.
5. Procédé selon la revendication 4, caracté-risé en ce que l'on utilise des courbes, par exemple des spirales, au lieu des droites limitant les secteurs angulaires.
6. Procédé selon la revendication 4, caracté-risé en ce que le faisceau est constitué de bandes d'égale lar-geur, alternativement opaques et transparentes, dont les axes passent par le centre O.
7. Procédé selon la revendication 1, 5 ou 6, caractérisé en ce que le réseau est modifié autour de son cen-tre , de façon à supprimer les coupures autour de ce centre.
8. Procédé selon la revendication 1, 5 ou 6, caractérisé en ce que l'on met en mémoire, dans le projectile, le temps nécessaire au faisceau pour faire un tour , la vitesse de rotation .OMEGA. de ce faisceau étant régulée de façon à permettre le calcul du nombre de coupures du faisceau par les détecteurs pendant ce temps ( .DELTA. t).
9. Procédé selon la revendication 1, caractéri-sé en ce que la lecture des informations ?i, représentant la distance des détecteurs à l'axe du faisceau, fournies par les-dits détecteurs, s'effectue par comptage d'impulsions d'horloge appliquées pendant le créneau de validation élaboré par le détecteur pendant le temps d'éclairement.
10. Procédé selon la revendication 9, caracté-risé en ce que la gravure de la mire est réalisée à l'aide de courbes géométriques donnant des secteurs de largeur relative variant avec la distance au centre.
11. Procédé selon la revendication 10, caracté-risé en ce que la gravure de la mire est réalisée à l'aide de spirales.
12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le faisceau est émis par un laser pulsé, et la lecture des informations ?i s'effectue par comptage d'im-pulsions élaborées par le détecteur.
13. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé destiné à permettre l'asservissement d'un mobile en autorotation et notamment d'un projectile caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, sur un moyen de lancement du pro-jectile, un émetteur pourvu d'un système optique à focale varia ble permettant de suivre le projectile au cours de son éloigne-ment, d'éclairer l'objectif, et, d'autre part, un ou plusieurs déteoteurs,placés sur le projectile et réalisés sous la forme de dispositifs électro-optiques formés par une lentille conver-gente, au foyer de laquelle est placée une cellule sensible à
l'intensité du rayonnement électromagnétique et accusant une variation quand elle passe d'un anneau à un autre, des moyens étant par ailleurs prévus dans le projectile pour analyser les signaux enregistrés, déterminer la distance à l'axe du faisceau et sa dérivée, et corriger la trajectoire du projectile à partir de ces informations.
l'intensité du rayonnement électromagnétique et accusant une variation quand elle passe d'un anneau à un autre, des moyens étant par ailleurs prévus dans le projectile pour analyser les signaux enregistrés, déterminer la distance à l'axe du faisceau et sa dérivée, et corriger la trajectoire du projectile à partir de ces informations.
14. Dispositif selon la revendication 13, carac-térisé en ce que ledit émetteur est un laser, et le faisceau est obtenu par dépôt,sur la face extérieure de la glace semi-réfléchissante de sa chambre de résonance, d'un revêtement mé-tallique réfléchissant reproduisant le dessin anneaux.
15. Dispositif selon la revendication 14, carac-térisé en ce que ladite couche semi-réfléchissante est disposée sur la face interne de la glace, l'épaisseur de cette dernière étant choisie telle qu'elle permet l'établissement d'un système d'ondes stationnaires entre les deux couches métallique, en tenant compte du fait que le noeud de la vibration est à l'in-té-rieur du métal.
16. Dispositif selon la revendication 13, carac-térisé en ce qu'il comporte des moyens pour corriger les aberra-tions géométriques.
17. Dispositif selon la revendication 13, carac-térisé en ce que le dispositif électro-optique comporte un filtre ne laissant passer que le rayonnement monochromatique de l'émet-teur.
18. Dispostif selon la revendication 13, carac-térisé en ce que le projectile est pourvue d'une base de temps.
19. Dispositif selon la revendication 13, carac-térisé en ce que le projectile est pourvue de deux accéléromè-tres identiques, placés symétriquement par rapport à l'axe lon-gitudinal principal d'inertie.
20. Dispositif selon la revendication 13, carac-térisé en ce qu'il comporte en outre, au poste de tir, un télé-mètre mesurant la distance du mobile, et auquel est asservi le système optique de l'émetteur.
21. Dispositif selon la revendication 13, carac-térisé en ce qu'il comporte, au poste de tir, une caméra de télévision sensible aux rayonnements de l'émetteur, et qui est munie d'un croisée de réticule pour permettre l'observation de jour et de nuit et le déclenchement du tir lorsque l'objectif est dans le domaine de tir.
22. Dispostif selon la revendication 13, carac-térisé en ce qu'il comporte, au poste de tir, une lunette dont la croisée de réticule est harmonisée avec l'axe du faisceau, et qui permet l'observation et le tir de jour.
23. Dispositif selon la revendication 14, carac-térisé en ce que la rotation du faisceau est obtenue en faisant tourner l'ensemble de la chambre de résonance autour de son axe.
24. Dispositif selon la revendication 23, carac-térisé en ce que la rotation du faisceau est obtenue en faisant tourner un disque ajouré, et en projetant l'image de ce disque.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR7602114A FR2339832A1 (fr) | 1976-01-27 | 1976-01-27 | Perfectionnements apportes au guidage d'un projectile vers son objectif |
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|---|---|
| CA1073085A true CA1073085A (fr) | 1980-03-04 |
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ID=9168412
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