EP0329523B1 - Vecteur guidé de par faisceau laser et impulseurs pyrotechniques - Google Patents

Vecteur guidé de par faisceau laser et impulseurs pyrotechniques Download PDF

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EP0329523B1
EP0329523B1 EP89400335A EP89400335A EP0329523B1 EP 0329523 B1 EP0329523 B1 EP 0329523B1 EP 89400335 A EP89400335 A EP 89400335A EP 89400335 A EP89400335 A EP 89400335A EP 0329523 B1 EP0329523 B1 EP 0329523B1
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EP
European Patent Office
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carrier
vector
target
trajectory
pyrotechnic
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EP89400335A
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German (de)
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Philippe Arnaud
Marc Bernard
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Thomson Brandt Armements SA
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Thomson Brandt Armements SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
    • F42B10/60—Steering arrangements
    • F42B10/66—Steering by varying intensity or direction of thrust
    • F42B10/661—Steering by varying intensity or direction of thrust using several transversally acting rocket motors, each motor containing an individual propellant charge, e.g. solid charge

Definitions

  • the invention relates to a vector intended for the interception of maneuvering targets such as planes, helicopters or tanks. It also relates to a guidance system, by laser beam and pyrotechnic boosters of one or more such vectors.
  • vehicle is understood here to mean a guided vehicle, self-propelled or not.
  • the guide means located in the vector are generally of the aerodynamic type so as to produce a continuous control of the ideal trajectory provided by the ground.
  • the subject of the present invention is a vector guidance system which uses a beam of radiated energy, for example laser beam, tracking the target from the shooting station, for example on the ground, and pyrotechnic boosters arranged on board the vector. , the latter thus knowing at all times its position relative to the ideal trajectory provided by the laser beam; the vector corrects its trajectory by triggering a pyrotechnic impeller when its distance from the ideal trajectory becomes greater than a predefined threshold value and when its radial speed of approach to this ideal trajectory is less than a predefined threshold.
  • a beam of radiated energy for example laser beam
  • tracking the target from the shooting station for example on the ground
  • pyrotechnic boosters arranged on board the vector.
  • the subject of the invention is a vector as defined by claim 1.
  • FIG. 1 therefore schematically represents an embodiment of the vector according to the invention.
  • the vector comprises a tail unit E, disposed at the rear.
  • the vector comprises motor means, ensuring its self-propulsion in at least a first phase of setting in speed of its trajectory.
  • motor means consist, for example as described in French patent application No. 2567197 in the name of BRANDT-ARMS. They are then attached to the back of the vector V and, optionally, released at the end of the first phase.
  • FIG. 2 schematically illustrates the system according to the invention applied to guiding a vector.
  • the vector is for example launched by a shooting station located on the ground, comprising launching means (not shown) and a tracking turret carrying a laser L.
  • the vector can be launched by cannon effect and / or self-propelled in the first phase of its trajectory. It is preferably self-rotating around its longitudinal axis, this self-rotation being imprinted on the vector either by the barrel or by the wedging angle, relative to the longitudinal axis, of the fins forming the empennage E.
  • the laser L has been shown emitting a beam scanning a fraction of the space, the section of which, in a plane normal to emission, is marked B L in the figure; section B L is hereinafter called "laser plane".
  • the scanning is carried out for example along parallel lines describing a square with center O, the point O being located on an axis A L permanently joining the laser L to a target C, of speed V C.
  • the vector has also been represented in the form of an arrow V, situated at a given instant, for example at a distance D from the axis A L.
  • this type of laser beam guidance also known by the English name of "beam riding" is carried out in the following manner: the laser beam scans a portion of the space whose axis (A L ) is slaved to target C and represents the ideal trajectory of the vector. This scanning is performed so that, when the vector is illuminated by the laser beam, it can deduce its position relative to the axis A L in the plane B L.
  • the vector pilot triggers a trajectory correction only when the distance D which separates it from the axis A L is greater than a predefined threshold value R, which defines at a given instant a circle C L of center O, around the axis A L.
  • a predefined threshold value R which defines at a given instant a circle C L of center O, around the axis A L.
  • the correction to be made not being independent of the radial speed V R of approximation of the vector of the axis A L an additional condition for triggering a trajectory correction is imposed: the correction is only triggered if the speed V R is less than a certain threshold V s .
  • the impellers may not all provide the same thrust: they are then chosen by the vector pilot both according to their position and their thrust, according to the position of the vector and its speed V R.
  • the auto-rotation of the vector makes it possible to carry out a trajectory correction in the desired direction, by overcoming the position in the vector of the impellers not yet used.
  • the threshold distance R from which a trajectory correction can be triggered can be variable, for a given vector, depending on the distance from the target and / or its extent.
  • the scanning of the plane B L by the laser beam can be carried out in a variable manner with the vector-to-ground distance, so that the electronics on board has no correction to make on the determination of the magnitude D as a function of this vector-ground distance.
  • FIG. 3 represents a block diagram of an embodiment of the electronic guidance means on board the vector.
  • the optical receiver 31 which provides a computer 33 an indication of lighting or non-lighting of the vector by the laser beam; from this indication, the computer determines the position of the vector with respect to the axis A L , knowing the law of scanning of the plane B L by the laser beam.
  • the computer 33 also receives, if necessary, the measurement of the roll position of the vector, supplied by a device 32 such as a gyroscope. Finally, it receives, for example recorded in a memory 34, the elements constituting the trajectory correction law, namely the radius R, the speed V s , etc.
  • the computer 33 determines the radial speed V r of the vector, compares its distance D to the axis A L with the threshold value R, the speed V r with the threshold value V s and, depending on the position of the rolling vector, whether or not to deduce therefrom a firing order for a defined pyrotechnic impeller.
  • FIG. 4 represents an embodiment of the system according to the invention applied to guiding several vectors, simultaneously.
  • each of the vectors proceeds independently of one another to a trajectory correction and this only when the criteria of distance and speed are fulfilled as in the case of a single vector described in FIG. 2.
  • each of the circles C L1 ... C L3 is centered on the axis A L : there are thus areas of intersection. However, it is estimated that the probability that two or more vectors are simultaneously in an intersection zone is low enough to be neglected.
  • a vector guidance system which is simple and inexpensive, especially in terms of on-board equipment, while having a high probability of impact on a drifting target.
  • a pyrotechnic impeller guidance device easily lends itself to miniaturization, thus making it possible to reduce the mass of the vector and, consequently, to provide weapon systems capable of firing several vectors simultaneously.
  • the vector has been described as launched and guided by a laser beam emitted from the ground, but may be from a shooting station on board an aircraft for example.
  • the guidance system from the ground has been described as seeking pure alignment, at all times, with the real target, but may, in a variant, seek alignment with the future position of the target, calculated (on the ground) from its speed vector and at least at the start of guidance.
  • the beam providing guidance has been described as a laser beam, but this can be replaced by any beam of radiated energy, thin enough to fulfill the function described, such as a microwave energy brush whose frequency is in the range used for radars.
  • the laser beam has been described as directly tracking the target, but it can similarly pursue the ideal trajectory (calculated elsewhere) in the case where the target is not visible: case of a ground-ground system by example.

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Description

  • L'invention concerne un vecteur destiné à l'interception de cibles manoeuvrantes telles qu'avions, hélicoptères ou chars. Elle concerne également un système de guidage, par faisceau laser et impulseurs pyrotechniques d'un ou plusieurs tels vecteurs. On entend ici par vecteur un engin guidé, auto-propulsé ou non.
  • Différents systèmes de guidage sont connus dans lesquels le guidage est effectué soit entièrement dans le vecteur, à l'aide d'un auto-directeur, soit pour partie au sol, à l'aide d'une télécommande ou d'un faisceau laser.
  • Lorsqu'on souhaite réaliser un vecteur peu onéreux, l'utilisation d'un auto-directeur se trouve exclue.
  • Lorsque, donc, on réalise une partie du guidage au sol, les moyens de guidage situés dans le vecteur sont en général du type aérodynamique de sorte à réaliser un asservissement continu à la trajectoire idéale fournie par le sol.
  • Toutefois, les commandes nécessaires à un guidage aérodynamique sont assez complexes et, en outre, conviennent mal à certaines applications, notamment celles où les accélérations subies sont importantes et celles où les dimensions du vecteur sont réduites.
  • Le document US 3.860.199 décrit une méthode et un système pour guider un projectile en auto-rotation à l'aide d'un faisceau laser, consistant à lui imprimer, en un point donné de sa trajectoire, une déviation donnée pour la correction de cette trajectoire.
  • La présente invention a pour objet un système de guidage de vecteur qui utilise un faisceau d'énergie rayonnée, par exemple faisceau laser, poursuivant la cible à partir du poste de tir, par exemple au sol, et des impulseurs pyrotechniques disposés à bord du vecteur, ce dernier connaissant ainsi à tout instant sa position par rapport à la trajectoire idéale fournie par le faisceau laser ; le vecteur corrige sa trajectoire par déclenchement d'un impulseur pyrotechnique lorsque sa distance par rapport à la trajectoire idéale devient supérieure à une valeur seuil prédéfinie et lorsque sa vitesse radiale de rapprochement de cette trajectoire idéale est inférieure à un seuil prédéfini.
  • Plus précisément, l'invention a pour objet un vecteur tel que défini par la revendication 1.
  • D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés, qui représentent :
    • la figure 1, le schéma d'un vecteur selon l'invention ;
    • la figure 2, un schéma explicatif du système selon l'invention appliqué au guidage d'un vecteur ;
    • la figure 3, le schéma synoptique des moyens de guidage embarqués à bord du vecteur ;
    • la figure 4, le schéma du système de guidage selon l'invention appliqué à plusieurs vecteurs.
  • Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.
  • La figure 1 représente donc de façon schématique un mode de réalisation du vecteur selon l'invention.
  • Ce vecteur, repéré globalement V, comporte quatre parties, successivement d'avant en arrière :
    • une partie avant T formant ogive, de forme aérodynamique ;
    • une partie IP dans laquelle sont disposés des impulseurs pyrotechniques, dont on a représenté les orifices 11, leurs dispositifs de mise à feu et leurs fils de commande ; les orifices 11 sont disposés dans une section droite du vecteur de sorte à exercer sur ce dernier des poussées susceptibles de modifier sa trajectoire ; elles sont de préférence sensiblement radiales et, également de préférence, passent sensiblement par le centre de gravité du vecteur ; un tel barillet d'impulseurs est par exemple décrit dans la demande de brevet français no 2 469 345 au nom de THOMSON-BRANDT ;
    • une partie CE, comportant la charge explosive du vecteur ;
    • une partie arrière PE, comportant principalement des moyens électroniques de guidage du vecteur en coopération avec les informations reçues du sol, couramment appelés "pilote", et un récepteur optique 31, disposé sur le culot du vecteur, détectant l'illumination de ce dernier par le faisceau laser de guidage.
  • Enfin, pour assurer sa stabilité aérodynamique, le vecteur comporte un empennage E, disposé à l'arrière.
  • Dans une variante de réalisation, non représentée, le vecteur comporte des moyens moteurs, assurant son auto-propulsion dans au moins une première phase de mise en vitesse de sa trajectoire. Ces moyens moteurs sont par exemple constitués comme décrit dans la demande de brevet français no 2.567.197 au nom de BRANDT-ARMEMENTS. Ils sont alors fixés à l'arrière du vecteur V et, éventuellement, largués à la fin de la première phase.
  • La figure 2 illustre schématiquement le système selon l'invention appliqué au guidage d'un vecteur.
  • Le vecteur est par exemple lancé par un poste de tir situé au sol, comportant des moyens de lancement (non représentés) et une tourelle de poursuite portant un laser L. Le vecteur, comme mentionné précédemment, peut être lancé par effet canon et/ou auto-propulsé dans une première phase de sa trajectoire. Il est de préférence en auto-rotation autour de son axe longitudinal, cette auto-rotation étant imprimée au vecteur soit par le canon, soit par l'angle de calage, par rapport à l'axe longitudinal, des ailettes formant l'empennage E.
  • Sur ce schéma, on a représenté le laser L émettant un faisceau balayant une fraction de l'espace dont la section, dans un plan normal à l'émission, est repérée BL sur la figure ; la section BL est appelée ci-après "plan laser". Le balayage s'effectue par exemple selon des lignes parallèles décrivant un carré de centre O, le point O étant situé sur un axe AL joignant en permanence le laser L à une cible C, de vitesse VC. Sur cette figure on a également représenté le vecteur sous forme d'une flèche V, située à un instant donné par exemple à une distance D de l'axe AL.
  • Ainsi qu'il est connu, ce type de guidage par faisceau laser, également connu sous le nom anglo-saxon de "beam riding", s'effectue de la façon suivante : le faisceau laser balaye une portion de l'espace dont l'axe (AL) est asservi sur la cible C et représente la trajectoire idéale du vecteur. Ce balayage s'effectue de sorte que, lorsque le vecteur est éclairé par le faisceau laser, il puisse en déduire sa position par rapport à l'axe AL dans le plan BL.
  • Selon l'invention, le pilote du vecteur ne déclenche une correction de trajectoire que lorsque la distance D qui le sépare de l'axe AL est supérieure à une valeur seuil prédéfinie R, qui définit à un instant donné un cercle CL de centre O, autour de l'axe AL. En effet, l'utilisation d'impulseurs pyrotechniques, qui une fois mis à feu consomment la totalité de leur charge, conduit à une correction discontinue et pré-calibrée. Le déclenchement d'une correction dès que la distance D n'est plus nulle conduirait pour le vecteur à une trajectoire en zig-zag, puis une perte du vecteur une fois que tous les impulseurs auraient été utilisés. Selon l'invention, la correction n'est donc déclenchée que lorsque le vecteur s'est éloigné de l'axe AL au moins d'une distance R et la charge des impulseurs est calibrée de sorte à maintenir le vecteur dans un cercle de rayon R, dans le plan BL.
  • De plus, toujours selon l'invention, la correction à apporter n'étant pas indépendante de la vitesse radiale VR de rapprochement du vecteur de l'axe AL, une condition supplémentaire au déclenchement d'une correction de trajectoire est imposée : la correction n'est déclenchée que si la vitesse VR est inférieure à un certain seuil Vs.
  • Dans une variante de réalisation, les impulseurs peuvent ne pas fournir tous la même poussée : ils sont alors choisis par le pilote du vecteur à la fois en fonction de leur position et de leur poussée, en fonction de la position du vecteur et de sa vitesse VR.
  • Plus généralement, la mise en auto-rotation du vecteur permet d'effectuer une correction de trajectoire dans la direction voulue, en s'affranchissant de la position dans le vecteur des impulseurs non encore utilisés.
  • Il est à noter que la distance seuil R à partir de laquelle une correction de trajectoire peut être déclenchée peut être variable, pour un vecteur donné, en fonction de l'éloignement de la cible et/ou de son étendue.
  • Il est à noter également que, selon un processus connu sous le nom d'effet de zoom, le balayage du plan BL par le faisceau laser peut s'effectuer de façon variable avec la distance vecteur-sol, de sorte que l'électronique embarquée n'ait pas de correction à effectuer sur la détermination de la grandeur D en fonction de cette distance vecteur-sol.
  • La figure 3 représente un schéma synoptique d'un mode de réalisation des moyens électroniques de guidage embarqués à bord du vecteur.
  • Sur la figure 3, on a représenté le récepteur optique 31 qui fournit à un calculateur 33 une indication d'éclairage ou de non éclairage du vecteur par le faisceau laser ; à partir de cette indication, le calculateur détermine la position du vecteur par rapport à l'axe AL, connaissant la loi de balayage du plan BL par le faisceau laser. Le calculateur 33 reçoit également, le cas échéant, la mesure de la position en roulis du vecteur, fournie par un dispositif 32 tel qu'un gyroscope. Il reçoit enfin, par exemple enregistrés dans une mémoire 34, les éléments constituant la loi de correction de trajectoire, à savoir le rayon R, la vitesse Vs, etc .
  • A partir de ces données, le calculateur 33 détermine la vitesse radiale Vr du vecteur, compare sa distance D à l'axe AL à la valeur seuil R, la vitesse Vr à la valeur seuil Vs et, en fonction de la position du vecteur en roulis, en déduit ou non un ordre de mise à feu d'un impulseur pyrotechnique défini.
  • La figure 4 représente un mode de réalisation du système selon l'invention appliqué au guidage de plusieurs vecteurs, simultanément.
  • Sur cette figure, on retrouve le laser L dont l'axe du balayage est asservi sur la cible C. On a également représenté, le plan BL et, cette fois, trois vecteurs repérés respectivement M₁, M₂ et M₃, dans le plan BL.
  • Selon l'invention, chacun des vecteurs procède indépendamment l'un de l'autre à une correction de trajectoire et, ce, seulement lorsque les critères de distance et de vitesse sont remplis comme dans le cas d'un vecteur unique décrit figure 2. On a donc représenté, dans le plan BL, un cercle autour de chaque vecteur, respectivement CL1, CL2 et CL3 ; ces différents cercles peuvent avoir ou non le même rayon.
  • Sur la figure, chacun des cercles CL1 ... CL3 est centré sur l'axe AL : il existe de la sorte des zones d'intersection. On estime toutefois que la probabilité pour que deux ou plusieurs vecteurs se trouvent simultanément dans une zone d'intersection est suffisamment faible pour pouvoir être négligée.
  • Dans une variante de réalisation, on peut bien entendu disposer les cercles CL de sorte à éviter toute intersection.
  • On a ainsi décrit un système de guidage de vecteur qui est simple et peu onéreux, surtout au niveau du matériel embarqué, tout en présentant une grande probabilité d'impact sur cible dérobante. En outre, un dispositif de guidage par impulseurs pyrotechniques se prête aisément à la miniaturisation, permettant ainsi de réduire la masse du vecteur et, par suite, de prévoir des systèmes d'armes susceptibles de tirer plusieurs vecteurs simultanément.
  • La description faite ci-dessus l'a été, bien entendu, à titre d'exemple non limitatif. C'est ainsi, notamment, que le vecteur a été décrit comme lancé et guidé par un faisceau laser émis du sol, mais peut l'être à partir d'un poste de tir embarqué à bord d'un aéronef par exemple. De même, le système de guidage à partir du sol a été décrit comme recherchant l'alignement pur, à tout instant, avec la cible réelle, mais peut, dans une variante, rechercher l'alignement avec la position future de la cible, calculée (au sol) à partir de son vecteur vitesse et, ce, au moins en début de guidage. Egalement, le faisceau assurant le guidage a été décrit comme un faisceau laser, mais celui-ci peut être remplacé par tout faisceau d'énergie rayonnée, suffisamment fin pour remplir la fonction décrite, comme un pinceau d'énergie hyperfréquence dont la fréquence se situe dans la gamme utilisée pour les radars. Enfin, le faisceau laser a été décrit comme poursuivant directement la cible, mais il peut de façon analogue poursuivre la trajectoire idéale (calculée par ailleurs) dans le cas où la cible n'est pas visible : cas d'un système sol-sol par exemple.

Claims (7)

  1. Vecteur (V) guidé par un système de guidage en vue d'atteindre une cible, le système comportant un poste de tir, ce dernier comportant des moyens de lancement du vecteur et des moyens de poursuite de la cible et de guidage du vecteur à l'aide d'un faisceau d'énergie rayonnée fournissant au vecteur l'indication d'une trajectoire idéale (AL), le vecteur comportant :
    · des premiers moyens (Ip) susceptibles de fournir chacun une poussée modifiant la trajectoire du vecteur ;
    · des deuxièmes moyens (31) de détection du faisceau d'énergie rayonnée ;
    · des troisièmes moyens (PE) de détermination, à partir de la détection précédente, de la position du vecteur par rapport à la trajectoire idéale fournie par le faisceau ;
    · des quatrièmes moyens (PE) de commande des premiers moyens,
    le vecteur étant caractérisé par le fait que les premiers moyens sont des impulseurs pyrotechniques (11) et que les quatrièmes moyens commandent la mise à feu d'un impulseur pyrotechnique déterminé lorsque la distance (D) du vecteur à la trajectoire idéale est supérieure à un seuil (R) de distance prédéfini et lorsque la vitesse radiale (VR) de rapprochement du vecteur de la trajectoire idéale est inférieure à un seuil de vitesse (VS) prédéfini.
  2. Vecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un empennage (E) dont les ailettes sont calées par rapport à l'axe longitudinal du vecteur de façon à assurer l'auto-rotation de ce dernier.
  3. Vecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de détermination de sa position en roulis, fournissant celle-ci aux moyens de commande de mise à feu d'un impulseur.
  4. Vecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens d'auto-propulsion.
  5. Vecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la poussée fournie par chacun des impulseurs pyrotechniques (11) passe sensiblement par le centre de gravité du vecteur (V).
  6. Vecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la poussée fournie par chacun des impulseurs pyrotechniques (11) est orientée sensiblement radialement par rapport au vecteur (V).
  7. Vecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la valeur seuil de distance (R) varie en fonction de la distance vecteur-cible et/ou en fonction de l'étendue de la cible.
EP89400335A 1988-02-12 1989-02-07 Vecteur guidé de par faisceau laser et impulseurs pyrotechniques Expired - Lifetime EP0329523B1 (fr)

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FR8801684 1988-02-12

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