EP0368738B1

EP0368738B1 - Procédé et dispositif de programmation par voie aérienne, d'une charge externe ou intégrée à partir d'un véhicule porteur

Info

Publication number: EP0368738B1
Application number: EP19890403048
Authority: EP
Inventors: André Moreau
Original assignee: MATRA DEFENSE
Current assignee: MATRA DEFENSE
Priority date: 1988-11-07
Filing date: 1989-11-06
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2009-11-06
Also published as: FR2638922B1; DE68907022D1; FR2638922A1; DE68907022T2; ES2041026T3; EP0368738A1

Description

La présente invention a pour objet la transmission de données de programmation d'un véhicule porteur, et notamment d'un aéronef, à une charge externe ou intégrée.
On connaît déjà des procédés permettant de programmer une charge externe à partir d'un véhicule porteur par transfert des données de programmation par l'intermédiaire de connecteurs électriques reliant la charge et le véhicule. Cette solution présente de nombreux inconvénients.
"Un procédé suivant le préambule de la revendication 1 est décrit dans le document US-A-4 091 734. Suivant ce document, des données sont transférées d'un véhicule porteur à une charge où elles sont gardées dans une mémoire temporaire pendant le temps nécessaire pour qu'une source d'énergie électrique contenue dans la charge passe à l'état actif et transfère les données dans un registre de commande de fusée.
On connaît par ailleurs (DE-A-23 11 439) un procédé de programmation d'une charge externe à partir du calculateur d'un véhicule porteur. A tout instant, le calculateur permet d'indiquer à la charge laquelle de plusieurs routes préalablement mémorisées dans une mémoire de la charge doit être suivie par la charge".
La présente invention vise notamment à fournir un procédé de transmission de données répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il ne met en oeuvre que des moyens de prix modéré et de faible encombrement, permet des vérifications (tests) une fois la charge mise en place sous le pylône et permet à tout instant une mise en oeuvre de la charge sans qu'il y ait lieu de respecter un délai de programmation.
L'invention propose dans ce but un procédé de transmission de données de programmation suivant l'ensemble de la revendication 1.
Du fait de la mise à jour répétitive, la séparation peut être commandée à tout moment. Le fait que les données soient stockées en mémoire et ne sont communiquées au circuit d'utilisation, tel qu'une fusée, que lors de la séparation, est un facteur de sécurité.
Lorsque la transmission d'informations s'effectue non pas par un faisceau guidé, mais par diffusion, il n'est pas nécessaire que le capteur soit dans une position précise par rapport à la source d'émission du porteur. Dans la mesure où la charge comporte une source interne d'énergie électrique, aucune liaison électrique matérielle n'est plus nécessaire entre le véhicule et la charge.
L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans la transmission de données entre un aéronef et une charge militaire externe à laquelle des données de mise à jour de programmation sont adressées de façon répétitive. On peut citer, à titre d'exemple, le cas des bombes freinées, munies d'un parachute dont le retard de déploiement à partir de l'instant du largage doit être réglé en temps réel en fonction de paramètres fixes pour une charge déterminée et de paramètres variables au cours de la mission. Il peut également être souhaitable d'ajuster un retard d'activation (armement des fusées par exemple), un délai avant éjection de sous-munitions, une chronologie de mise en oeuvre de volets aérodynamiques, etc ...
En règle générale, les données de programmation à transmettre ont une faible dynamique et sont donc représentables par un mot de données court, de sorte qu'une cadence de rafraîchissement élevée des données reste compatible avec les limites sur la cadence de bits qu'impose une source optique simple et peu coûteuse, par exemple une diode électroluminescente (DEL). Il est cependant possible, lorsqu'une fréquence de rafraîchissement élevée est requise et/ou que des données complexes (forte dynamique nécessaire) sont à transmettre, d'utiliser une diode laser en tant que source d'émission.
Les données de programmation peuvent être tranmises sous forme de messages dont la structure et le format sont compatibles avec ceux des messages transmis par des bus existants dans les véhicules porteurs. Cette compatibilité peut être réalisée grâce à un moyen de codage-décodage approprié. On peut notamment transmettre les données sous forme de messages ayant tous la même durée, comprenant un en-tête, un mot de données, et des bits de contrôle d'erreurs.
Les données transmises peuvent correspondre à plusieurs types de charges dans la mesure où chaque message comporte une adresse d'identification propre à un type de charge et où cette dernière comporte des moyens permettant de sélectionner les données d'information qui lui sont destinées.
Le procédé peut être mis en oeuvre de façon unidirectionnelle ; il peut aussi fonctionner en duplex, à condition de prévoir également un émetteur muni d'une source sur la charge et un récepteur muni d'un capteur sur le véhicule porteur. L'émetteur de la charge peut notamment répéter les données de programmation reçues, pour vérification par comparaison dans le véhicule porteur. L'émetteur porté par la charge peut également être programmé de façon à faire émettre par la source, vers le véhicule porteur, un mot d'identification spécifique de la charge permettant à un calculateur monté dans ledit véhicule de prendre en compte les caractéristiques de la charge dans l'élaboration des données de programmation fournies à cette dernière.
L'invention propose également un dispositif de programmation d'une charge permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini, suivant la revendication 7.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers d'exécution, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels :

la Figure 1 est un schéma de principe montrant une disposition possible d'une source de lumière infrarouge sur un pylône d'aéronef et d'un capteur infrarouge associé sur une charge externe accrochée au pylône ;
la Figure 2 est un schéma à grande échelle montrant une disposition possible de la source et du capteur de la Figure 1,
la Figure 3 montre une constitution possible de messages de transmission de données,
la Figure 4 est un synoptique montrant la constitution de principe d'un dispositif de transmission en duplex constituant un mode particulier de réalisation de l'invention.
la Figure 5 est un synoptique montrant une répartition possible des fonctions illustrées en figure 4.
la Figure 6 est un schéma montrant une disposition possible des composants du dispositif dans un pylône d'aéronef et sur une charge largable.

On supposera dans ce qui suit que le procédé suivant l'invention est utilisé pour transmettre, d'un aéronef 10 à une charge externe 12 constituée par une bombe freinée (figure 1), des données de programmation représentant l'intervalle de temps entre la séparation de la charge, provoquée par le pilote, et la commande de déploiement d'un parachute. La charge 12 est montée sous un pylône 14 comportant un éjecteur 16 auquel la charge est accrochée. La Figure 2 montre un montage possible de la source émettrice 32 portée par l'aéronef et du capteur 34 du récepteur porté par la charge.
La source 32, constituée par exemple par une diode électroluminescente de type courant, est montée dans le pylône 14 derrière une fenêtre 36 affleurant la face inférieure du pylône. Le capteur 34, qui sera en général une photodiode ayant une plage de sensibilité adaptée à la longueur d'onde de la source 32, est monté de façon similaire sur la charge, éventuellement derrière un filtre adapté à la longueur d'onde d'émission de la source 32. On peut par exemple utiliser une diode électroluminescente ayant une longueur d'onde d'émission de 0,83 µm.
Lorsque la transmission est susceptible d'être troublée par des salissures (dépôt de kérosène ou de pluie sur la source ou le capteur, par exemple), un manchon souple 38 peut être fixé au pylône 14 afin de délimiter un espace protégé autour du trajet de transmission. Si cette transmission s'effectue par diffusion, et non pas sous forme d'un faisceau dirigé, il n'est pas nécessaire que la source 32 et le capteur 34 soient parfaitement alignés. Dans ce cas, cela permet notamment de monter, sur un pylône 14 donné, des charges ayant des constitutions différentes et sur lesquelles la position du capteur peut varier, d'une charge à l'autre, par rapport à une référence donnée (position de l'émetteur sur le pylône).
Une précision de 1/100e de seconde sur la valeur à transmettre de l'intervalle de temps entre le largage de la charge et l'ouverture du parachute est largement suffisante. Un mot de données de douze bits utiles, dont le bit de poids faible représente 10 ms, permet de représenter un délai allant jusqu'à quarante secondes, supérieur à toutes les valeurs actuellement nécessaires dans la pratique.
Les messages transmis peuvent comporter trente-deux bits de façon à être directement compatibles avec les mots prévus par des normes aéronautiques existantes et avoir le format montré en Figure 3. Sur cette Figure, le message a un en-tête 20 de huit bits, une zone utile 22 de vingt-et-un bits, composée d'un mot 24 d'information de seize bits et d'une partie réservée de cinq bits, deux bits 28 de contrôle de validité et un bit de parité 30. Il suffit d'une fréquence de modulation de 6,4 kHz par exemple, qui peut être obtenue sans difficulté avec des sources infrarouge à bas prix, telles que des diodes électroluminescentes ou DEL, pour émettre les trente-deux bits du message en 5 ms. Il serait cependant possible d'utiliser une source et un capteur pouvant fonctionner à des fréquences beaucoup plus élevées si le débit de données à transmettre dépassait les possibilités offertes par une DEL.
Dans un mode avantageux de mise en oeuvre de l'invention, la charge 12 est, elle aussi, munie d'une source d'émission 60 et le pylône est alors muni d'un capteur 64, ce qui permet de transmettre des informations de la charge vers l'aéronef et de réaliser ainsi un dialogue entre la charge et le véhicule porteur. En général, les sources et les capteurs seront identiques, ce qui impose de travailler en alternat. Mais cette condition n'est dans la pratique pas gênante pour la plupart des applications : dans le cas, mentionné plus haut, de messages de trente-deux bits ayant une durée de 5 ms, on peut adopter une cadence de rafraîchissement de 50 Hz, en réservant un intervalle de 5 ms entre chaque transmission pour la transmission retour qui la suit.
La source et le capteur portés par le pylône 14 peuvent être placés côte-à-côte, avec un intervalle correspondant à celui du capteur et de la source portés par la charge. Des manchons souples peuvent être prévus pour isoler chaque trajet de l'autre.
Le dispositif de transmission dont le schéma de principe est montré en Figure 4 comporte un émetteur-récepteur monté dans le pylône et relié à un calculateur 40 placé dans le véhicule porteur, en général par l'intermédiaire d'un modem (non représenté sur la Figure 4). L'émetteur- récepteur comprend un oscillateur pilote 42 constituant une base de temps, à 6,4 kHz par exemple dans le cas envisagé plus haut, et un générateur de trame 44 destiné à fournir, en réponse à un ordre reçu d'une logique de commande 46, un message dont la trame est celle montrée en Figure 3. Pour cela, le générateur 44 comporte une mémoire d'en-tête destiné à indiquer le type de charge auquel s'appliquent les paramètres transmis. Le générateur peut également être prévu pour élaborer les bits de contrôle et le bit de parité. Le message transmis a alors la constitution suivante :

en-tête ou "label" d'identification de huit bits ;
données d'information destinées à programmer la charge (seize bits) ;
espace réservé de cinq bits ;
contrôle (deux bits) ;
parité (un bit).

Le message décrit ci-dessus à titre d'exemple est transmis du pylône porteur vers la charge par voie aérienne à l'aide d'une liaison de type infra-rouge selon la longueur d'onde précisée dans l'exemple (0,83 µm).
Le récepteur porté par la charge comporte, à partir du capteur 34, un décodeur 48 programmé de façon à vérifier la cohérence du message, notamment en utilisant le mot de contrôle et le bit de parité, à le décoder et à transmettre les données obtenues à une mémoire tampon 50 dont l'accès de lecture 52 est relié aux circuits électroniques 72 d'utilisation des informations, avantageusement par l'intermédiaire d'un coupleur opto-électronique d'isolation galvanique 53.
L'émetteur porté par la charge comporte un oscillateur pilote 54 pouvant avoir la même constitution que l'oscillateur 42. Cet oscillateur attaque un générateur 56 de messages de compte rendu, prévu pour générer une trame identique à celle montrée en Figure 2 et comprenant :

un en-tête de huit bits ;
un message de seize bits, constitué par la recopie de l'information décodée provenant du décodeur 48 ;
un mot de cinq bits d'identification de la charge, mémorisé dans le générateur 56 ou fourni par une mémoire morte distincte 58 ;
deux bits de validité du message, et
un bit de parité.

Le message à transmettre est émis par la source 60 à réception d'un ordre fourni par une logique de commande 62 qui maintient l'intervalle de 5 ms requis entre la fin de la réception d'un message provenant de l'aéronef et le début de message de compte rendu. Ce message de compte-rendu est transmis depuis la charge vers le pylône porteur par voie aérienne à l'aide d'une liaison de type infra-rouge.
Le capteur 64 porté par le pylône est destiné à recevoir les messages provenant de la charge ; il attaque un décodeur 66, de constitution similaire à celle du décodeur 48, et fournit un mot d'identification de charge sur une première sortie 68 et un mot de validation (en cas de coïncidence entre l'information transmise vers la charge et l'information en retour) sur une sortie 70.
L'émetteur-récepteur monté dans le pylône peut être alimenté à partir du circuit électrique général de l'aéronef, généralement en 28 Volts continu. Pour éviter tout connecteur galvanique entre la charge et le pylône, il est avantageux de prévoir dans la charge une source d'énergie électrique de faible puissance, suffisante pour faire fonctionner les circuits de transmission des données ; cette source, constituée en général par une pile de faible puissance, est mise en oeuvre avant décollage de l'avion, par exemple par retrait d'une broche de sécurité placée sur la charge. L'énergie beaucoup plus importante requise pour la mise en oeuvre des circuits électroniques et de la chaîne d'amorçage, par exemple pour commander l'ouverture d'un parachute, est fournie séparément par une pile qui n'est mise en Orservice que lors du largage, par exemple par une sangle d'arrachage ou commande d'un contact. Jusque là la chaîne d'amorçage reste inerte.
La Figure 5, où les éléments correspondants à ceux de la Figure 4 portent le même numéro de référence, montrent une constitution possible de dispositifs remplissant les fonctions illustrées en Figure 4.
Le pylône contient une carte à micro-processeur 74 remplissant les fonctions de génération de trames et de codage-décodage, reliée par un modulateur 76 à la source d'émission 32 et par un démodulateur 78 au récepteur 64. La carte 74 est reliée, par un coupleur 77 et un connecteur 79, au bus 80 du véhicule porteur assurant la liaison avec le calculateur de bord.
La charge contient de son côté une carte à micro-processeur 82 reliée respectivement au récepteur 34 et à l'émetteur 60 par un démodulateur 84 et un modulateur 86. Elle remplit les fonctions des organes 50, 48, 54 et 62 de la figure 4. Elle est reliée par un coupleur opto-électronique 53 aux circuits électroniques 72 de mise en oeuvre de la charge.
Alors que l'alimentation électrique des organes contenus dans le pylône est assurée à partir de l'avion, la charge comporte une alimentation autonome. Cette alimentation comprend une source de faible puissance 88, constituée par exemple par une pile au lithium, qui est reliée aux circuits portés par la charge avant le début de la mission, par exemple par enlèvement d'une broche d'ouverture d'un interrupteur 90. La puissance nécessaire à la mise en oeuvre des circuits électroniques 72 et de la chaîne d'activation est fournie par une source 94 de puissance élevée, mise en service lors de la séparation de la charge. Pour cela cette pile peut être commandée par un interrupteur 92 qui s'ouvre lors de la séparation. L'interrupteur permet également de fournir un top de largage à la carte à micro-processeurs 82 et de provoquer alors, avec éventuellement le retard nécessaire pour que la source 72 fournisse sa tension de service, le transfert des données. La source 94 peut notamment être une pile thermique, fournissant une tension supérieure à un minimum qui est lui-même inférieur à la tension maximale que peut fournir la source 88.
Avant largage de la charge, la carte à micro-processeur 82 reçoit, contrôle, valide et mémorise les données en provenance du véhicule porteur, et ce de façon quasi-permanente. A réception du top de largage, la carte 82 transmet aux circuits 72 les dernières informations reçues et validées, stockées en mémoire vive du micro-processeur.
La Figure 6 montre une disposition possible des composants qui viennent d'être décrits. L'ensemble des composants électroniques portés par le pylône constitue un module 96 relié au bus par le connecteur 78. Les composants portés par la charge 12 peuvent être regroupés dans un second module 98 portant le récepteur 34 et éventuellement l'émetteur 60.
L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. En particulier, pour assurer le dialogue porteur-charge, on peut adopter le principe d'une double liaison unidirectionnelle. Pour que celle-ci soit compatible avec des charges de natures diverses, l'émetteur-récepteur monté dans le pylône peut être prévu pour émettre, selon une séquence de répétition déterminée, des messages ayant des en-têtes différents et correspondant chacun à un type de charge. Dans ce cas, l'émetteur-récepteur de la charge comportera des moyens de reconnaissance d'en-tête, permettant de ne prendre en compte que les messages lui étant effectivement destinés.
De nombreuses autres variantes de réalisation sont possibles. On peut en particulier utiliser, en cas de liaison bidirectionnelle, des longueurs d'onde différentes de transfert d'informations vers la charge et vers le véhicule porteur, ce qui permet de se dispenser d'un fonctionnement en alternat.
L'invention est susceptible de nombreuses applications et est utilisable sur des véhicules de types très variés. Dans tous les cas, l'invention permet de transmettre les informations avec un dispositif peu encombrant, susceptible d'être logé dans des emplacements prévus pour les connecteurs d'alimentation électrique de beaucoup d'adaptateurs ; le dispositif est très souple et permet de transmettre des paramètres de natures très diverses ; le dispositif n'exige pas un alignement précis de composants lors du montage de la charge. Enfin, il permet sans difficultés majeures de rééquiper des charges existantes.
Entre autres possibilités, l'invention peut s'appliquer, en priorité, à titre d'exemples non limitatifs, à des charges largables en vue de transmettre des ordres tels que : choix de trajectoire, ouverture de parachute(s), armement de fusées, éjection de sous-munitions ... Par extension, l'invention peut s'appliquer à tous les types de missiles, embarqués à bord d'un aéronef (missiles air-air, air-sol ...) ou non (missiles sol- sol, sol-air, mer-mer etc...) ainsi qu'à des torpilles ou même des obus.

Claims

Procédé de transmission de données de programmation d'un véhicule porteur (10), tel qu'un aéronef, à une charge externe ou intégrée (12), suivant lequel on transmet les données, par modulation d'une émission optique, à partir d'un émetteur monté dans le véhicule porteur vers un récepteur à alimentation autonome placé dans la charge et contenant des circuits d'utilisation des données,
caractérisé en ce qu'on transmet de façon répétitive à la charge des données de mise à jour que l'on mémorise dans une mémoire vive dans la charge et en ce que les dernières données mémorisées ne sont envoyées de la mémoire aux dits circuits, qu'en réponse à la séparation de la charge et du véhicule.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite émission est dans le spectre infrarouge.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les données sont transmises de façon répétitive sous forme de messages successifs.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les messages transmis à un même type de charge ont tous la même durée et comprennent un en-tête (20), un ou plusieurs mot de données (22) et des bits (28) de contrôle d'erreurs.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, les données transmises pouvant correspondre à plusieurs types de charges, chaque message comporte également une adresse d'identification propre à un type de charge et chaque charge comporte des moyens permettant de sélectionner les données d'information qui lui sont destinées.
Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'on transmet des paramètres de vérification ou de programmation de la charge vers le véhicule porteur en réponse à la transmission vers la charge.
Dispositif de programmation de charge externe à partir d'un véhicule porteur, comprenant, sur le véhicule porteur, des moyens (40) de calcul de données de programmation de la charge et des moyens de génération de messages de programmation à partir des données fournies par les moyens de calcul et de modulation d'une source émettrice (32) de diffusion vers la charge à travers l'intervalle entre cette dernière et le véhicule porteur et, sur la charge, un capteur (34) adapté à la source et un décodeur (48) de restitution des données contenues dans le message reçu, caractérisé en ce que les moyens de génération sont prévus pour transmettre des données de mise à jour de façon répétitive à une mémoire vive dans la charge, en ce que le décodeur (48) fournit les données de programmation de la charge à une mémoire tampon et en ce que des moyens sont prévus pour provoquer l'envoi des dites données aux circuits d'utilisation des données en réponse à la séparation du véhicule et de la charge.
Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la charge comporte également une source émettrice (60) de diffusion vers un capteur (64) monté sur le véhicule porteur de la charge, à travers l'intervalle séparant le véhicule porteur de la charge, et des moyens (56, 62) pour générer un message de modulation de la source émettrice comportant une recopie des données restituées par le décodeur (48) et un ou plusieurs mots d'identification de la charge.
Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux sources fonctionnent à la même longueur d'onde et en ce que les générateurs sont prévus pour fonctionner en alternat.
Dispositif selon la revendication 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que la charge porte une source électrique de faible puissance destinée à assurer la transmission des données et une pile capable de fournir une énergie plus importante, qui n'est mise en service qu'en réponse à la séparation de la charge.