EP0015805B1 - Dispositif de visée optique pour la désignation de cibles mobiles - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a portable optical aiming device for designating moving targets.
- designation of targets is meant the determination of the coordinates defining at least the direction of the target relative to the device.
- Such a device is more particularly studied in relation to electromagnetic detection equipment where it replaces the currently used sighting device which is mounted on a fixed post on a turret for example.
- a lack of freedom of movement can in certain circumstances hinder the rapid use of a turret sighting device.
- the objective designation is made by means of an optical sighting device constituted by a sighting sight proper, mounted on a turret, and having two degrees of freedom, site and azimuth for example, the associated electronic device being mounted on another turret.
- the positions of the two turrets are identified, preferably in identical coordinate systems, relative to the platform which supports them. The operation of such a sighting device mounted on a turret is recalled in what follows.
- An observer directs the turret of the optical post in the direction of the objective which must be taken over by the tracking means. It sends a signal possibly via a computer performing parallaxing when the objective is well identified by the device; at this instant, the coordinates identifying the orientation of the aiming device are transmitted by any known analog means such as for example the synchromachines, or digital, such as for example the coders, to the system which directs the associated tracking means; this system, which can for example be a set of servomechanisms, copies during the designated direction.
- a serious drawback of this type of device lies in a lack of flexibility of use, the support turret reducing to two the number of degrees of freedom, while according to the invention the number of degrees of freedom reaches six.
- the present invention aims to make the sighting device completely free, which is obtained by making it portable.
- the device according to the invention must however have a connection with the tracking device to which it must transmit the information it determines, generally a computer.
- This electrical connection is made by flexible wires or by radioelectric means, it does not however constitute a hindrance in the freedom to operate the aiming device.
- the portable optical sighting device allowing the rapid sighting of a target and comprising on the one hand grouped in an enclosure capable of being held in the hand sighting optics, an inertial means for determining the direction sighting optics with respect to a predetermined anterior direction, said inertial means being rigidly fixed to the sighting optics, electronic means coding the information coming from the inertial means, means for recalibration with respect to said predetermined direction and d on the other hand, a computer for taking this information into account, characterized in that it includes means for validating the information coding the measurements made in the inertial means and means for transmitting this validated information to a computer located outside of the enclosure, said validating means being controlled either by manual control means when the device is used at 6 degrees of freedom, or pa r recalibration means when the device is placed on a base giving it a predetermined direction.
- FIG. 1 represents an example of a central inertia, the well-known principle of which will only be briefly recalled here.
- a central unit comprises two gyroscopes 12, 13 which can rotate in two rings 10, 11 fixed perpendicular to each other by a point, 14.
- This set of two gyroscopes rotates freely in a system of three rings 5, 6 and 7 being able to rotate freely inside each other by means of three axes 15, 16 and 17, such that two of them, corresponding to successive rings, are perpendicular.
- the largest ring 5 rotates freely around an axis 17, mounted directly on the aiming optics.
- Ring 6 rotates in ring 5 and ring 7 in ring 6.
- Each of the axes of rotation has an angular sensor 1, 2, 3 and 4 making it possible to measure the angle of rotation of said axis relative to its support ring in a position starting date set arbitrarily.
- One of exu, 2, that mounted on the axis 15 of the second ring 6, controls a servo circuit 9 of a motor 8, mounted on the axis 17 of the first ring so as to keep the rings 6 and 7 perpendicular to each other.
- This necessary condition is due to the fact that, if for example the rings 6 and 7 become parallel, a degree of freedom would be lost, preventing certain kinematic evolutions of the system of the inertial unit.
- the portable sight optic to which a inertial unit is rigidly fixed can be of any type such as, for example, a pair of binoculars or an optical sight rifle.
- Each of the two gyroscopes of the inertial unit with gyroscopic effect is of course driven by a motor not shown here in FIG. 1.
- FIG. 2 represents a schematic diagram of the portable optical aiming device according to the invention. It includes a power supply 20 connected to a circuit 25 for validating the measurements, which can for example be a simple switch or a flip-flop of the monostable type, a recalibration circuit 19 comprising for example flip-flops, a sampling circuit 30 whose frequency is as a function of the required aiming precision, a circuit 22 for analog-digital conversion, a circuit 23 comprising flip-flops and / or "AND" gates, a circuit 24 for transmitting measurements to the motors of the gyroscopes of the inertial unit 28.
- the recalibration circuits 19 and measurement validation 25 have an external control 18 and 27 respectively which can be, for example, switches.
- the inertial unit 28 is connected in series, via the outputs of the sensors 1, 3 and 4, with the sampling circuit 30, the analog-digital conversion circuit 22, the circuit of the "AND" gates and / or flip-flops 23 and the circuit 24 for transmitting the measurements.
- the circuit 23 also receives the output of the circuit 25 for validating the measurements and an output of the recalibration circuit 19, the second output of this circuit being connected to the power supplies of the motors of the gyroscopes of the inertial unit 28.
- the electric current supply circuit 20 can be incorporated into the actual device of the present invention in order to give it complete autonomy by eliminating an electric supply link which can hinder the maneuverability of the optical sighting device. If this connection is kept, the power supply 20 may be integral with the place of use in order to lighten the optical sighting device.
- This power supply 20 could for example consist of a small battery.
- the analog signals which can be electrical voltages of variable amplitude with the angle of rotation of the axes relative to the rings which serve as their support, coming from the sensors 1, 3 and 4, are sampled by the circuit 30 and coded in digital by circuit 22. These signals are transmitted to the input of circuit 23 which only outputs null signals as long as circuit 25, using command 27, does not send a signal authorizing the transmission of sensor measurements. This can be done for example, by sending a unit pulse to the second input of the AND circuits, thus allowing the transfer of the measurements as long as the unit pulse exists.
- the recalibration circuit 19 acts when the portable aiming device is placed, between two uses, on any base, the only constraints of which are to maintain the optical aiming device in a predetermined direction, and to activate the control 18 which can, for example, being a simple switch.
- the circuit 19 then allows the transfer of the measurements in the circuit 23; simultaneously a reset of the sensors can be done. This last operation in practice is not necessary because the measurements of the central inertia 28, even false with respect to the real direction of the base, can serve as a reference for the external computer of the device.
- the support base may for example be integral with the place of use and include a hollow part acting as a sheath whose internal shape corresponds to the external shape of the portable optical sighting device, thus allowing good steering timing, the 18 s control 'then starts as soon as the portable optical sighting device is sheathed.
- the recalibration circuit 19 may, for example, include a set of flip-flops controlled by the signal from terminal 18 and the outputs of which are connected to circuit 23 for validation of the measurements. These flip-flops can for example under the action of a command pulse from command 18, deliver a unit binary signal which, applied to the second inputs of the "AND" gates of circuit 23, allows the passage of binary words representing the measurements of angles of the sensors through said "AND" doors and their transmission by means 24 of connection with the external computer.
- FIG. 3 shows a simple, nonlimiting example of a sensor that can be used in the aiming device to determine the angle of rotation of the axes of the gyroscope inertial unit with respect to the rings supporting them with respect to a relative initial position of these axes and their support rings, fixed arbitrarily.
- It includes the sensor 3 proper, consisting of a potentiometer whose the axis 16 is that of the ring 6 inside the ring 5; the sensor 3 is rigidly fixed to the ring 5.
- the two electrical wires 31 and 33 correspond to the end of the resistance of the potentiometer, and are connected to the supply circuit 20; the third electric wire 32 corresponds to a variable intermediate socket of the resistor and is connected with one of the wires 31 or 33, to the sampling circuit 30.
- the voltage collected between the wires 32 and 31 or 33 is sent to the circuit 30 sampling. This tension is therefore in the example chosen directly proportional to the angle of rotation of the axis 16 relative to the ring 5 of the support.
- FIG. 4 represents a diagram of an inertial unit using 3 gyrometers.
- This type of power plant is known by the Anglo-Saxon name of "Strap Down". It comprises three gyrometers 41, 42 and 43 provided with sensors 45, 46 and 47 measuring their accelerations by inertia mounted on a trihedron which can be orthogonal and represented here by the directions x, y and z.
- This trihedron also comprises a calculating member 401 performing the integrals making it possible to evaluate the angles of rotation of the trihedron from the angular accelerations of the gyrometers provided by the sensors 45, 46 and 47.
- This calculating member delivers the output signals to a terminal 44 which is connected to the input of the sampling circuit 30.
- the assembly of the three gyros and of the calculation unit can therefore replace the inertial unit 28 with gyroscopic effect and its sensors.
- a sighting device with six degrees of freedom has thus been described making it possible to transmit to a tracking computer external to the device according to the invention the information necessary for the rapid and automatic aiming of a system towards a targeted target.
- the validation circuit 25 may have its output directly connected to the transmission means 24, thus allowing continuous transmission of the information coming from the inertial unit 28 and in parallel with a validation signal coming from the circuit 25.
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Description
- L'invention concerne un dispositif de visée optique portable pour la désignation de cibles mobiles. Par désignation de cibles on entend la détermination des coordonnées définissant au moins la direction de la cible par rapport au dispositif.
- Un tel dispositif est plus particulièrement étudié en relation avec un équipement de détection électromagnétique où il remplace le dispositif de visée actuellement utilisé qui est monté à poste fixe sur une tourelle par exemple. Un manque de liberté de mouvement peut dans certaines circonstances nuire à l'utilisation rapide d'un dispositif de visée sur tourelle.
- En fait suivant l'art antérieur, la désignation d'objectif est faite par l'intermédiaire d'un dispositif de visée optique constitué d'une optique de visée proprement dite, montée sur une tourelle, et possédant deux degrés de liberté, site et azimut par exemple, le dispositif électronique associé étant monté sur une autre tourelle. Les positions des deux tourelles sont repérées, de préférence dans des systèmes de coordonnées identiques, par rapport à la plate- forme qui les supporte. On rappelle dans ce qui suit le fonctionnement d'un tel dispositif de visée monté sur tourelle.
- Un observateur oriente la tourelle du poste optique dans la direction de l'objectif qui doit être pris en charge par le moyen de poursuite. Il envoie un signal éventuellement par l'intermédiaire d'un calculateur effectuant le parallaxage lorsque l'objectif est bien repéré par le dispositif; à cet instant les coordonnées repérant l'orientation du dispositif de visée sont transmises par tout moyen connu analogique comme par exemple les synchromachines, ou numérique, comme par exemple les codeurs, au système qui oriente le moyen de poursuite associé; ce système, pouvant être par exemple un ensemble de servomécanismes, recopie lors la direction désignée.
- Un inconvénient sérieux de ce type de dispositif réside dans un manque de souplesse d'utilisation, la tourelle de support réduisant à deux le nombre des degrés de liberté, alors que suivant l'invention le nombre de degrés de liberté atteint six.
- D'autre part il est connu un dispositif suivant le préamble de la revendication 1 permettant à un aéronef mobile de déterminer la position d'un objet fixe. La position est déterminée par deux visés de l'objet fixe, l'aéronef ayant parcouru une distance prédéterminée. Le dispositif est décrit dans le brevet US-A-3 594 556.
- La présente invention vise à rendre complètement libre le dispositif de visée, ce qui est obtenu en le rendant portable. Bien que portable, le dispositif suivant l'invention doit toutefois présenter une liaison avec le dispositif de poursuite auquel il doit transmettre les informations qu'il détermine, en général un calculateur. Cette liaison, électrique se fait par des fils souples ou par des moyens radio-électriques, elle ne constitue toutefois pas une gêne dans la liberté d'exploitation du dispositif de visée.
- Suivant l'invention, le dispositif de visée optique portable permettant la visée rapide d'une cible et comportant d'une part groupés dans une enceinte susceptible d'être tenue à la main une optique de visée, un moyen inertiel de détermination de la direction de l'optique de visée par rapport à une direction antérieure prédéterminée, ledit moyen inertiel étant fixé rigidement à l'optique de visée, des moyens électroniques codant les informations issues du moyen inertiel, des moyens de recalibrage par rapport à ladite direction prédéterminée et d'autre part un calculateur de prise en compte de ces informations caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de validation des informations codant les mesures faites dans le moyen inertiel et des moyens de transmission de ces informations validées à un calculateur situé à l'extérieur de l'enceinte, lesdits moyens de vali- datior étant commandé soit par un moyen de commande manuelle lorsque le dispositif est utilisé à 6 degrés de liberté, soit par des moyens de recalibrage lorsque le dispositif est posé sur un socle lui donnant une direction prédéterminée.
- D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans l'exemple de réalisation montré, à l'aide des figures qui représentent:
- - la figure 1, une centrale inertielle à effet gyroscopique munie de capteurs et de boucles d'asservissement;
- - la figure 2, un diagramme schématique d'un exemple de réalisation du dispositif de visée optique portable selon l'invention;
- - la figure 3, un exemple de réalisation d'un capteur d'angle de type analogique.
- - la figure 4, un schéma d'une centrale inertielle à gyromètres utilisable dans le cadre de l'invention.
- La figure 1 représente un exemple de centrale d'inertie, dont le principe bien connu ne sera que brièvement rappelé ici. Une telle centrale comporte deux gyroscopes 12, 13 pouvant tourner dans deux anneaux 10, 11 fixés perpendiculairement l'un à l'autre par un point, 14. Cet ensemble de deux gyroscopes tourne librement dans un système de trois anneaux 5, 6 et 7 pouvant tourner librement les uns à l'intérieur des autres au moyen de trois axes 15, 16 et 17, tel que deux d'entre eux, correspondant à des anneaux successifs, soient perpendiculaires. Le plus grand anneau 5 tourne librement autour d'un axe 17, monté directement sur l'optique de visée. L'anneau 6 tourne dans l'anneau 5 et l'anneau 7 dans l'anneau 6.
- Chacun des axes de rotation dispose d'un capteur angulaire 1, 2, 3 et 4 permettant de mesurer l'angle de rotation dudit axe par rapport à son anneau de support dans une position de départ fixée arbitrairement. L'un d'entre exu, 2, celui monté sur l'axe 15 du deuxième anneau 6, commande un circuit d'asservissement 9 d'un moteur 8, monté sur l'axe 17 du premier anneau de façon à conserver les anneaux 6 et 7 perpendiculaires l'un par rapport à l'autre. Cette condition nécessaire est due au fait que, si par exemple les anneaux 6 et 7 devenaient parallèles, un degré de liberté serait perdu, empêchant certaines évolutions cinématiques du système de la centrale inertielle.
- L'optique de visée portable sur laquelle est fixée rigidement une centrale inertielle, peut être d'un type quelconque tel que, par exemple, une paire de jumelle ou un fusil de visée optique.
- Chacun des deux gyroscopes de la centrale inertielle à effet gyroscopique est bien sûr entraîné par un moteur non représenté ici sur la figure 1.
- La figure 2 représente un diagramme schématique du dispositif de visée optique portable suivant l'invention. Il comporte une alimentation 20 connectée à un circuit 25 de validation des mesures, pouvant être par exemple un simple interrupteur ou une bascule de type monostable, un circuit 19 de recalibrage comportant par exemple des bascules, un circuit 30 d'échantillonnage dont la fréquence est fonction de la précision de visée requise, un circuit 22 de conversion analogique-numérique, un circuit 23 comprenant des bascules et/ou des portes "ET", un circuit 24 de transmission des mesures aux moteurs des gyroscopes de la centrale inertielle 28. Les circuits de recalibrage 19 et de validation des mesures 25 possèdent respectivement une commande extérieure 18 et 27 pouvant être par exemple des interrupteurs.
- La centrale inertielle 28 est montée en série, par l'intermédiaire des sorties des capteurs 1, 3 et 4, avec le circuit d'échantillonnage 30, le circuit de conversion analogique-numérique 22, le circuit des portes "ET" et/ou des bascules 23 et le circuit 24 de transmission des mesures. Le circuit 23 reçoit également la sortie du circuit 25 de validation des mesures et une sortie du circuit 19 de recalibrage, la seconde sortie de ce circuit étant connectée aux alimentations des moteurs des gyroscopes de la centrale inertielle 28.
- Le circuit d'alimentation en courant électrique 20 peut être incorporé au dispositif proprement dit de la présente invention afin de lui donner une complète autonomie en supprimant une liaison électrique d'alimentation pouvant gêner la maniabilité du dispositif de visée optique. Si cette liaison est gardée, l'alimentation 20 pourra être solidaire du lieu d'utilisation afin d'alléger le dispositif de visée optique.
- Cete alimentation 20 pourra par exemple être constituée d'une petite batterie. Les signaux analogiques qui peuvent être des tensions électriques d'amplitude variable avec l'angle de rotation des axes par rapport aux anneaux qui leur servent de support, issus des capteurs 1, 3 et 4, sont échantillonnés par le circuit 30 et codés en numérique par le circuit 22. Ces signaux sont transmis à l'entrée du circuit 23 qui ne délivre que des signaux nuls en sortie tant que le circuit 25, à l'aide de la commande 27, n'envoie pas un signal autorisant la transmission des mesures des capteurs. Ceci peut être fait par exemple, en envoyant une impulsion unité sur la seconde entrée des circuits ET, permettant ainsi le transfert des mesures tant que l'impulsion unité existe. Ces signaux sont ensuite, après délivrance par le circuit 23, transmis à un calculateur extérieur du dispositif selon l'invention par le circuit 24 qui peut être un simple ensemble de fils électriques ou un circuit émetteur radioélectrique. Le circuit de recalibrage 19 agit lorsque le dispositif de visée portable est posé, entre deux utilisations, sur un socle quelconque dont les seules contraintes sont de maintenir le dispositif de visée optique selon une direction prédéterminée, et d'enclencher la commande 18 qui peut, par exemple, être un simple interrupteur. Le circuit 19 permet alors le transfert des mesures dans le circuit 23; simultanement une remise à zéro des capteurs peut être faite. Cette dernière opération en pratique n'est pas nécessaire car les mesures de la centrale d'inertie 28, même fausses par rapport à la direction réelle du socle, peuvent servir de référence au calculateur extérieur du dispositif.
- Le socle support pourra par exemple être solidaire du lieu d'utilisation et comprendre une partie creuse faisant office de fourreau dont la forme intérieure correspond à la forme extérieure du dispositif optique de visée portable, permettant ainsi un bon calage de direction, la commande 18 s'enclenche alors dès la mise au fourreau du dispositif optique de visée portable.
- Le circuit de recalibrage 19 pourra, par exemple, comporter un ensemble de bascules commandées par le signal issu de la borne 18 et dont les sorties sont reliées au circuit 23 de validation des mesures. Ces bascules peuvent par exemple sous l'action d'une impulsion de commande issue de la commande 18, délivrer un signal binaire unité qui, appliqué aux secondes entrées des portes "ET" du circuit 23, permet le passage des mots binaires représentant les mesures d'angles des capteurs à travers lesdites portes "ET" et leur transmission au moyen 24 de liaison avec le calculateur extérieur.
- La figure 3 montre un exemple simple, non limitatif, d'un capteur pouvant être utilisé dans le dispositif de visée pour déterminer l'angle de rotation des axes de la centrale inertielle gyroscope par rapport aux anneaux les supportant par rapport à une position initiale relative de ces axes et de leurs anneaux supports, fixée arbitrairement. Il comporte le capteur 3 proprement dit, constitué d'un potentiomètre dont l'axe 16 est celui de l'anneau 6 intérieur à l'anneau 5; le capteur 3 est fixé rigidement sur l'anneau 5. Les deux fils électriques 31 et 33 correspondent à l'extrémité de la résistance du potentiomètre, et sont reliés au circuit d'alimentation 20; le troisième fil électrique 32 correspond à une prise intermédiaire variable de la résistance et est relié avec l'un des fils 31 ou 33, au circuit d'échantillonnage 30. La tension recueillie entre les fils 32 et 31 ou 33 est envoyée au circuit 30 d'échantillonnage. Cette tension est donc dans l'exemple choisi directement proportionnelle à l'angle de rotation de l'axe 16 par rapport à l'anneau 5 du support.
- La figure 4 représente un schéma d'une centrale inertielle utilisant 3 gyromètres. Ce type de centrale est connu sous la dénomination anglosaxonne de "Strap Down". Elle comporte trois gyromètres 41, 42 et 43 munis de capteurs 45, 46 et 47 mesurant leurs accélérations par inertie montés sur un trièdre pouvant être orthogonal et figuré ici par les directions x, y et z. Ce trièdre comporte également un organe de calcul 401 effectuant les intégrales permettant d'évaluer les angles de rotation du trièdre à partir des accélérations angulaires des gyromètres fournies par les capteurs 45, 46 et 47. Cet organe de calcul délivre les signaux de sortie à une borne 44 qui est connectée à l'entrée du circuit d'échantillonnage 30. L'ensemble des trois gyromètres et de l'organe de calcul peut donc remplacer la centrale inertielle 28 à effet gyroscopique et ses capteurs.
- Un avantage de ce type de centrale réside dans sa plus grande simplicité mécanique, du fait de l'absence des anneaux. Son inconvénient réside d'un part, dans l'obligation d'ajouter dans le dispositif selon l'invention un calculateur permettant de calculer par intégrations successives les coordonnées du vecteur de rotation et d'autre part, dans une moins bonne précision des mesures due aux dérives.
- On a ainsi décrit un dispositif de visée à six degrés de liberté permettant de transmettre à un calculateur de poursuite extérieur au dispositif selon l'invention les renseignements nécessaires au pointage rapide et automatique d'un système vers une cible visée.
- Il est évident que l'homme de l'art pourra remplacer les capteurs décrits par d'autres moyens équivalents visant au même résultat.
- De même, les moyens utilisés dans le dispositif selon l'invention décrits à la figure 2 pourraient être réalisés avec des circuits différents donnant le même résultat.
- Le circuit de validation 25 pourra avoir sa sortie directement connectée au moyen de transmission 24, permettant ainsi une transmission continue des informations issues de la centrale inertielle 28 et en parallèle avec un signal de validation issu du circuit 25.
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