EP0809084B1 - Apparatus for determining the roll angle position of a flying device, especially of an ammunition - Google Patents
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- EP0809084B1 EP0809084B1 EP19970401026 EP97401026A EP0809084B1 EP 0809084 B1 EP0809084 B1 EP 0809084B1 EP 19970401026 EP19970401026 EP 19970401026 EP 97401026 A EP97401026 A EP 97401026A EP 0809084 B1 EP0809084 B1 EP 0809084B1
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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
- F41G7/30—Command link guidance systems
- F41G7/301—Details
- F41G7/305—Details for spin-stabilized missiles
Definitions
- the invention relates to a device for determining the orientation. roll of a flying object, for example of ammunition. It applies especially for improving the efficiency of artillery ammunition especially as part of extended range ammunition.
- a known method, currently for reducing imprecision of impact notably consists in correcting the pointing angles of the tube, from information provided by advanced observers on the actual impact points of first projected munitions. There does not remain then in the dispersion, in addition to the error of appreciation of the observers, that the random part specific to each projectile and due to turbulence atmospheric.
- the object of the invention is to determine the orientation in particular ammunition with respect to a terrestrial reference, for example the plan vertical.
- the orientation angle thus defined is similar in fact to the angle of ammo roll.
- the main advantages of the invention are that it allows correction of trajectories in range and lateral without equipment of the vertical detector type on board the ammunition, that it allows trajectory correction calculations made at soil, that it is simple to implement and that it is economical in the especially since it does not require a complete on-board system in ammunition or any other flying object.
- FIG. 1 shows an example of the difference between a theoretical trajectory 1 and an actual trajectory 2 of an ammunition.
- the real impact point Ir has a deviation ⁇ x in range and ⁇ y laterally from the theoretical impact point I t .
- the orders of magnitude of the deviations ⁇ x and ⁇ y are respectively 200m and 120m.
- ⁇ y represents a deviation from the vertical plane 3 of the theoretical trajectory.
- the correction of the real trajectory requires knowing the angle that the ammunition makes with respect to a plane, preferably vertical, the angle considered being an angle of roll of the ammunition or of rotation around d 'herself. In the remainder of the description, the determination of this angle will be applied for a munition with the aim in particular of correcting its trajectory.
- the invention can be applied to determine the roll angle of all types of flying machines regardless of the subsequent use of this angle.
- the flying devices can for example be shells, bombs, rockets, or missiles.
- the invention is particularly suitable for vehicles having rolling speeds of the order of, for example, from 10 to 50 revolutions per second.
- FIG. 2 illustrates a possible embodiment of a device according to the invention. It includes elements on board the fired ammunition 21 and elements on the ground.
- One of the interests of the invention is to have at the ground most of the complex and expensive elements, the elements arranged in ammunition being of low cost. Ground elements are common to several munitions, in practice a large number of munitions.
- the invention uses the known GPS system, this second expression coming from the Anglo-Saxon expression "Global Positioning System ".
- the GPS system is used in particular to obtain the coordinates and the velocity vector of ammunition 21.
- ammunition 21 does not include GPS receiver, expensive system, but only a GPS antenna, annular structure for example then means for retransmitting this signal to the ground.
- the retransmission means comprise at least one antenna reissue 23 with anisotropic structure in the ammunition rolling plane 21, that is to say in a plane perpendicular to its longitudinal axis 24.
- the combination of the GPS signal and a signal produced by the quality of anisotropy of the retransmission antenna 23 allows according to the invention to determine the roll angle of the ammunition 21.
- a transponder 25 is for example interposed between the antenna GPS 22 and the retransmission antenna 23.
- the GPS antenna receives a signal from a satellite then the transponder 25 transposes the frequency of the signal received in another frequency band, preferably of higher frequency.
- the transponder 25 for example transposes the GPS signal in the S band, any other frequency band is possible depending on the application. Frequency transposition is preferable for avoid re-transmitting in the frequency band reserved for GPS signals and to avoid any risk of confusion.
- the device On the ground, the device comprises at least one GPS receiver 26 and calculation means 27 which make it possible to define the angle made by a point singular of the retransmission antenna 23 with a passing reference plane by the roll axis of the munition 21, in fact its longitudinal axis 24, from in particular of a particular signal received by the GPS reception means at ground, when the singular point passes for example closest to these last.
- the angle thus defined represents the roll angle of the ammunition.
- a reception antenna 28, operating for example in a band S receives the signal 32 retransmitted by the antenna 23 of the munition 21.
- the antenna 28 is for example connected to means 29 for transposing the received signal, by example in S band, in the frequency band of GPS signals.
- the transposition means 29 are connected to the GPS receiver 26 via a switch 30 with two positions for example. In a first position the switch 30 connects the GPS receiver 26 to an antenna 31. In a second position, it connects the frequency transposition means 29 to the GPS receiver 26. In the first position, the GPS system allows know the position of the antenna 31. When the switch switches in its second position, that is to say at the time of the firing, the receiver operates then indirectly the signals received by ammunition 21 and locates this last as if he were on board.
- the accuracy of the device can be significantly improved by employing a second, fixed receiver allowing said positioning in differential.
- the latter calculates corrections to be applied by the receiver 26, as well as a receiver carried by the ammunition.
- the device according to the invention exploits the property anisotropy of the retransmission antenna 23.
- This antenna provides the reception means 28, 29, 26 located on the ground information characteristic at each turn that the ammunition 21 performs on itself.
- Figure 3 shows an example of a characteristic signal such as supplied by the retransmission antenna 23, anisotropic at least in the plane of ammo roll.
- the signal 32 re-emitted by the anisotropic antenna 23 is represented by its amplitude as a function of time t
- This signal is by example in band S.
- the above characteristic is for example a peak 39 signal.
- This peak 39 appears whenever a singularity of the antenna passes opposite the reception means on the ground, for example by look of the antenna of band S.
- the singularity causing this signal characteristic is notably a cause of anisotropy of the retransmission antenna 23, which operates in S band for example, in the case of using an S-band transponder 25
- the time between two peaks 39 consecutive indicates the duration of a roll of the ammunition.
- the aforementioned singularity can be achieved in various ways known to the skilled person.
- the calculation means 27 use the signal of FIG. 3 as well that the GPS data consisting in particular of the position and the vector speed of the munition 21. Digitization means not shown, for example integrated into the calculation means 27, deliver the data and above characteristics directly exploitable by them.
- FIG. 4 illustrates a possible processing carried out by the means 27.
- the latter use the base-munition direction, the point of base reference given by the signal received by the antenna 31 of GPS reception on the ground. This direction is known with precision since the base reference point as well as the ammunition reference point 21 are perfectly determined by GPS signals as seen previously.
- the signal peak 29 as for example illustrated in Figure 3 appears when the singularity 41 of the retransmission antenna 23 passes as close as possible for example to the antenna 28 for receiving band S, that is to say precisely when the singularity 41 passes through the plane Ps formed by the axis 24 of the munition 21 and the base-munition direction.
- the axis 24 of the ammunition is carried by a vector X .
- M being the reference point of the ammunition 21 and S being the reference point of the base on the ground
- the base-munition direction is carried by the vector of origin S and of end M. Thereafter, the opposite vector MS is taken into account.
- the calculation means 27 exploit the fact that there is a correlation between the presence for example of a signal peak with a known direction in the terrestrial frame, this known direction being carried by the vector MS .
- the calculation means 27 then determine the roll orientation of the ammunition 27 by performing, for example, appropriate calculations from position and direction data.
- the direction of the singularity 41 of the retransmission antenna 23 is carried by a vector noted Y .
- the instant of appearance of a peak corresponds to the instant when the vector Y is located in the plane Ps carried by the vectors X and MS .
- the roll position of the munition 21 with respect to a reference plane is defined by the angle ⁇ made by the plane Ps with this reference plane.
- the latter is for example the vertical plane P V.
- the calculation means 27 can therefore determine the angle ⁇ made by the singularity with for example the vertical plane P V , which in fact gives an indication of l 'roll angle which is this calculated angle ⁇ .
- the plane Ps varies over time as a function of the trajectory of the munition 21.
- the roll angle measurements are sampled over time, the sampling instants being the instants where the particularity 41 of the retransmission antenna 21 meets the plane Ps formed in fact of the speed vector V ammunition, approximately collinear to the vector X , and the vector MS defined by the reference points of the munition 21 and of the ground base 28, 29, 26.
- the vector MS and vector V are derived from positioning and direction data provided by GPS signals.
- the calculation means 27 can also carry out a processing operation to determine a correction order 33 to be sent to the munition 21.
- This correction order is in particular a function of the position of the munition in the terrestrial frame of reference. , of the position of the target of the ammunition in the same terrestrial reference, of the speed vector V the ammunition and the roll angle ⁇ .
- the invention offers several advantages. She allows in particular a trajectory correction in range and lateral without additional equipment, for example of the vertical detector type loaded in the ammunition.
- the combination of GPS data and signal re-emitted by the anisotropic antenna 23 makes it possible according to the invention to determine the roll angle, necessary in particular for correcting the span and lateral trajectory.
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Description
L'invention concerne un dispositif de détermination de l'orientation en roulis d'un engin volant, par exemple d'une munition. Elle s'applique notamment pour l'amélioration de l'efficacité des munitions d'artillerie surtout dans le cadre des munitions à portée augmentée.The invention relates to a device for determining the orientation. roll of a flying object, for example of ammunition. It applies especially for improving the efficiency of artillery ammunition especially as part of extended range ammunition.
L'amélioration de l'efficacité des munitions d'artillerie passe notamment par une réduction de la dispersion de leur point d'impact au sol.Improving the effectiveness of artillery ammunition goes in particular by reducing the dispersion of their point of impact on the ground.
En général, cette dispersion est caractérisée par les deux composantes suivantes :
- la dispersion en portée, qui est dans le plan de la trajectoire théorique
- la dispersion latérale, qui est perpendiculaire au plan de la trajectoire théorique.
- the dispersion in range, which is in the plane of the theoretical trajectory
- lateral dispersion, which is perpendicular to the plane of the theoretical trajectory.
Une méthode connue, actuellement pour diminuer les imprécisions d'impact consiste notamment à corriger les angles de pointage du tube, à partir d'informations fournies par des observateurs avancés sur les points d'impact réels de premières munitions projetées. Il ne subsiste alors dans la dispersion, en plus de l'erreur d'appréciation des observateurs, que la part aléatoire propre à chaque projectile et due à la turbulence atmosphérique.A known method, currently for reducing imprecision of impact notably consists in correcting the pointing angles of the tube, from information provided by advanced observers on the actual impact points of first projected munitions. There does not remain then in the dispersion, in addition to the error of appreciation of the observers, that the random part specific to each projectile and due to turbulence atmospheric.
Il est par ailleurs connu de doter un missile de moyens de correction de sa trajectoire en portée, tel que décrit dans le document US-A-3 374 967.It is also known to provide a missile with means of correction of its range trajectory, as described in document US-A-3 374,967.
Il est par ailleurs connu de doter une munition de dispositifs aptes à la localiser par des systèmes GPS ou à centrales inertielles à bas prix pour:
- dans un premier temps corriger les angles de pointage pour les tirs futurs à partir des mesures de la trajectoire réelle du premier obus tiré, la nécessité d'observateurs étant ainsi supprimée,
- dans un deuxième temps corriger directement la trajectoire réelle, en utilisant des dispositifs de contrôle adaptés, embarqués dans la munition.
- initially correct the aiming angles for future shots from measurements of the real trajectory of the first shell fired, the need for observers being thus eliminated,
- in a second step, directly correct the real trajectory, using suitable control devices, embedded in the munition.
Cette dernière méthode, plus complexe, offre l'avantage d'éviter le tirs d'ajustement. Il permet le tir d'emblée. Cela est intéressant du point de vue opérationnel pour au moins les deux raisons suivantes :
- l'effet de surprise ne permet pas à la cible de quitter la zone visée,
- la minimisation du temps nécessaire pour réaliser un tir au but permet de quitter rapidement la position de tir, ce qui diminue fortement la probabilité de localisation par des radars de contre-batterie.
- the surprise effect does not allow the target to leave the targeted area,
- minimizing the time required to make a shot on goal makes it possible to quickly leave the shooting position, which greatly reduces the probability of location by counter-battery radars.
Deux étapes sont envisagées pour corriger la trajectoire des munitions.
- La première consiste à corriger uniquement les erreurs de portée. Il suffit donc d'une action dans le plan vertical qui peut être réalisée de façon relativement simple, en visant volontairement au-delà de la cible, puis en contrôlant la traínée aérodynamique par exemple par un système d'aérofrein. La courbure de la trajectoire est ainsi modulée. Le contrôle de la portée met en jeu des forces purement axiales et ne requiert donc que des informations de localisation de la munition.
- La deuxième étape, plus difficile à mettre en oeuvre, consiste à corriger à la fois les erreurs en portée et les erreurs latérales. Outre la nécessité de disposer d'actionneurs développant des forces perpendiculaires à la vitesse de la munition, il est de plus nécessaire de commander ces actionneurs lorsqu'ils sont dans une position propice pour résorber l'écart latéral de trajectoire. Cela nécessite donc de connaítre l'orientation des forces de contrôle générées par les actionneurs, par rapport à une référence terrestre, par exemple la verticale.
- The first is to correct only range errors. It therefore suffices an action in the vertical plane which can be carried out in a relatively simple manner, by aiming voluntarily beyond the target, then by controlling the aerodynamic drag for example by a system of airbrake. The curvature of the trajectory is thus modulated. The range control involves purely axial forces and therefore only requires information on the location of the ammunition.
- The second step, which is more difficult to implement, consists in correcting both the errors in range and the lateral errors. In addition to the need to have actuators developing forces perpendicular to the speed of the ammunition, it is also necessary to control these actuators when they are in a suitable position to reduce the lateral deviation of the trajectory. This therefore requires knowing the orientation of the control forces generated by the actuators, with respect to a terrestrial reference, for example the vertical.
Le but de l'invention est de déterminer l'orientation notamment d'une munition par rapport à une référence terrestre, par exemple le plan vertical. L'angle d'orientation ainsi défini s'apparente en fait à l'angle de roulis de la munition.The object of the invention is to determine the orientation in particular ammunition with respect to a terrestrial reference, for example the plan vertical. The orientation angle thus defined is similar in fact to the angle of ammo roll.
A cet effet, l'invention a pour objet, un dispositif de détermination de l'angle de roulis d'un engin volant, caractérisé en ce qu'il comporte embarqués dans l'engin, au moins :
- une antenne de réception d'un signal GPS
- des moyens de réémission du signal GPS vers le sol, les moyens de réémission comportant une antenne anisotrope au moins dans le plan de roulis de l'engin
- des moyens de réception du signal GPS
- des moyens calculant l'angle que fait un premier plan avec un plan de référence lorsqu'une singularité d'anisotropie de l'antenne de réémission rencontre le premier plan, ce plan étant défini par le vecteur vitesse de l'engin et un vecteur dont l'origine et l'extrémité sont respectivement les points de référence des positions de l'engin et des moyens de réception du signal GPS, le point de référence de l'engin et son vecteur vitesse étant fournis par le signal GPS reçu par l'antenne embarquée et réémis vers les moyens de réception, l'angle calculé étant l'angle de roulis.
- an antenna for receiving a GPS signal
- means for re-transmitting the GPS signal towards the ground, the re-transmitting means comprising an anisotropic antenna at least in the roll plane of the machine
- means for receiving the GPS signal
- means calculating the angle that a first plane makes with a reference plane when an anisotropy singularity of the retransmission antenna meets the first plane, this plane being defined by the speed vector of the machine and a vector whose the origin and the end are respectively the reference points of the positions of the machine and of the means for receiving the GPS signal, the reference point of the machine and its speed vector being provided by the GPS signal received by the on-board antenna and retransmitted to the reception means, the angle calculated being the roll angle.
L'invention a notamment pour principaux avantages qu'elle permet la correction de trajectoires en portée et en latéral sans équipements complémentaires de type détecteur de verticale embarqués dans la munition, qu'elle permet des calculs de correction de trajectoire effectués au sol, qu'elle est simple à mettre en oeuvre et qu'elle est économique dans la mesure notamment où elle ne nécessite pas un système complet embarqué dans une munition ou tout autre engin volant.The main advantages of the invention are that it allows correction of trajectories in range and lateral without equipment of the vertical detector type on board the ammunition, that it allows trajectory correction calculations made at soil, that it is simple to implement and that it is economical in the especially since it does not require a complete on-board system in ammunition or any other flying object.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent :
- la figure 1, des exemples de trajectoires réelles et théoriques d'une munition avec des écarts en portée et en latéral au niveau des points d'impact,
- la figure 2, un mode de réalisation possible d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 3, un exemple de signal réémis par une antenne embarquée dans une munition et anisotrope au moins dans le plan de roulis de la munition,
- la figure 4, une illustration de l'angle de roulis calculé par le dispositif selon l'invention à partir de données fournies par un système GPS combinées au signal précité relatif à la figure 3.
- FIG. 1, examples of real and theoretical trajectories of an ammunition with deviations in range and laterally at the points of impact,
- FIG. 2, a possible embodiment of a device according to the invention,
- FIG. 3, an example of signal re-emitted by an antenna on board in a munition and anisotropic at least in the rolling plane of the ammunition,
- FIG. 4, an illustration of the roll angle calculated by the device according to the invention from data supplied by a GPS system combined with the aforementioned signal relating to FIG. 3.
La figure 1 montre un exemple d'écart entre une trajectoire
théorique 1 et une trajectoire réelle 2 d'une munition. Le point d'impact réel
Ir présente un écart Δx en portée et Δy en latéral par rapport au point
d'impact théorique It. Pour un projectile ayant une portée d'environ 20 km,
les ordres de grandeur des écarts Δx et Δy sont respectivement de 200m et
de 120m. Δy représente un écart par rapport au plan vertical 3 de la
trajectoire théorique. Comme il a été vu précédemment, la correction de la
trajectoire réelle nécessite de connaítre l'angle que fait la munition par
rapport à un plan, de préférence vertical, l'angle considéré étant un angle de
roulis de la munition ou de rotation autour d'elle-même. Dans toute la suite
de la description, la détermination de cet angle sera appliquée pour une
munition dans le but notamment de corriger sa trajectoire. Cependant,
l'invention peut s'appliquer pour déterminer l'angle de roulis de tous types
d'engins volants quelle que soit l'utilisation ultérieure de cet angle. Les
engins volants peuvent par exemple être des obus, des bombes, des
roquettes, ou des missiles. L'invention est notamment adaptée à des engins
ayant des vitesses de roulis de l'ordre par exemple de 10 à 50 tours par
seconde.FIG. 1 shows an example of the difference between a
La figure 2 illustre un mode de réalisation possible d'un dispositif
selon l'invention. Il comporte des éléments embarqués sur la munition tirée
21 et des éléments au sol. Un des intérêts de l'invention est de disposer au
sol la plupart des éléments complexes et coûteux, les éléments disposés
dans la munition étant de faible coût. Les éléments au sol sont communs à
plusieurs munitions, en pratique à un grand nombre de munitions.FIG. 2 illustrates a possible embodiment of a device
according to the invention. It includes elements on board the fired
L'invention utilise le système connu GPS, cette deuxième
expression étant issue de l'expression anglo-saxonne "Global Positionning
System". Le système GPS est utilisé notamment pour obtenir les
coordonnées et le vecteur vitesse de la munition 21. Afin notamment de
minimiser les coûts dits consommables, c'est-à-dire les coûts liés à la
munition qui ne sert qu'une seule fois, la munition 21 ne comporte pas de
récepteur GPS, système coûteux, mais seulement une antenne GPS, à
structure annulaire par exemple puis des moyens de réémission de ce signal
vers le sol. Les moyens de réémission comportent au moins une antenne de
réémission 23 à structure anisotrope dans le plan de roulis de la munition
21, c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire à son axe longitudinal 24.
Comme il sera exposé ultérieurement, la combinaison du signal GPS et d'un
signal produit par la qualité d'anisotropie de l'antenne de réémission 23
permet selon l'invention de déterminer l'angle de roulis de la munition 21.The invention uses the known GPS system, this second
expression coming from the Anglo-Saxon expression "Global Positioning
System ". The GPS system is used in particular to obtain the
coordinates and the velocity vector of
Un transpondeur 25 est par exemple intercalé entre l'antenne
GPS 22 et l'antenne de réémission 23. L'antenne GPS reçoit un signal d'un
satellite puis le transpondeur 25 transpose la fréquence du signal reçu dans
une autre bande de fréquence, de préférence de fréquence supérieure. Le
transpondeur 25 transpose par exemple le signal GPS dans la bande S,
toute autre bande de fréquence est envisageable en fonction de
l'application. La transposition de fréquence est, quant à elle, préférable pour
éviter de réémettre dans la bande de fréquence réservée aux signaux GPS
et pour éviter ainsi tout risque de confusion.A
Au sol, le dispositif comporte au moins un récepteur GPS 26 et
des moyens de calcul 27 qui permettent de définir l'angle que fait un point
singulier de l'antenne de réémission 23 avec un plan de référence passant
par l'axe de roulis de la munition 21, en fait son axe longitudinal 24, à partir
notamment d'un signal particulier capté par les moyens de réception GPS au
sol, lorsque le point singulier passe par exemple au plus près de ces
derniers. L'angle ainsi défini représente l'angle de roulis de la munition.On the ground, the device comprises at least one
Une antenne de réception 28, fonctionnant par exemple en bande
S reçoit le signal 32 réémis par l'antenne 23 de la munition 21. L'antenne 28
est par exemple reliée à des moyens 29 pour transposer le signal reçu, par
exemple en bande S, dans la bande de fréquence des signaux GPS. Les
moyens de transposition 29 sont reliés au récepteur GPS 26 via un
commutateur 30 à deux positions par exemple. Dans une première position
le commutateur 30 relie le récepteur GPS 26 à une antenne 31. Dans une
deuxième position, il relie le moyen de transposition de fréquence 29 au
récepteur GPS 26. Dans la première position, le système GPS permet de
connaítre la position de l'antenne 31. Quand le commutateur bascule dans
sa deuxième position, c'est-à-dire au moment du tir, le récepteur exploite
alors indirectement les signaux reçus par la munition 21 et localise cette
dernière comme s'il était à son bord.A
La précision du dispositif peut être sensiblement améliorée en
employant un second récepteur, fixe permettant le positionnement dit en
différentiel. Ce dernier calcule des corrections à appliquer par le récepteur
26, au même titre qu'un récepteur porté par la munition.The accuracy of the device can be significantly improved by
employing a second, fixed receiver allowing said positioning in
differential. The latter calculates corrections to be applied by the
Les informations GPS en tant que telles ne peuvent fournir
aucune information sur l'orientation du roulis de la munition 21. Pour obtenir
l'angle de roulis, le dispositif selon l'invention exploite la propriété
d'anisotropie de l'antenne de réémission 23. Cette antenne fournit aux
moyens de réceptions 28, 29, 26 situés au sol une information
caractéristique à chaque tour que réalise la munition 21 sur elle-même. GPS information as such cannot provide
no information on the direction of the roll of the
La figure 3 présente un exemple de signal caractéristique tel que
fourni par l'antenne de réémission 23, anisotrope au moins dans le plan de
roulis de la munition. Le signal 32 réémis par l'antenne anisotrope 23 est
représenté par son amplitude en fonction du temps t Ce signal est par
exemple dans la bande S. La caractéristique précitée est par exemple un pic
de signal 39. Ce pic 39 apparaít à chaque fois qu'une singularité de
l'antenne passe en regard des moyens de réception au sol, par exemple en
regard de l'antenne 28 de bande S. La singularité causant cette
caractéristique de signal est notamment une cause d'anisotropie de
l'antenne de réémission 23, qui fonctionne en bande S par exemple, dans le
cas d'utilisation d'un transpondeur 25 de bande S. La durée entre deux pics
39 consécutifs indique la durée d'un tour de roulis de la munition. La
singularité précitée peut être réalisée de différentes façons connues de
l'homme du métier.Figure 3 shows an example of a characteristic signal such as
supplied by the
Les moyens de calcul 27 exploitent le signal de la figuré 3 ainsi
que les données GPS constituées notamment de la position et du vecteur
vitesse de la munition 21. Des moyens de numérisation non représentés, par
exemple intégrés aux moyens de calcul 27, délivrent les données et
caractéristiques précitées directement exploitables par ces derniers.The calculation means 27 use the signal of FIG. 3 as well
that the GPS data consisting in particular of the position and the vector
speed of the
La figure 4 illustre un traitement possible effectué par les moyens
de calcul 27. Ces derniers utilisent la direction base-munition, le point de
référence de la base étant donné par le signal reçu par l'antenne 31 de
réception GPS au sol. Cette direction est connue avec précision puisque le
point de référence de la base ainsi que le point de référence de la munition
21 sont parfaitement déterminés par les signaux GPS comme il a été vu
précédemment.FIG. 4 illustrates a possible processing carried out by the
Le pic de signal 29 tel que par exemple illustré par la figure 3
apparaít lorsque la singularité 41 de l'antenne de réémission 23 passe au
plus près par exemple de l'antenne 28 de réception bande S, c'est-à-dire
précisément lorsque la singularité 41 passe dans le plan Ps formé par l'axe
24 de la munition 21 et la direction base-munition. L'axe 24 de la munition
est porté par un vecteur
M et S étant donné par les signaux GPS, il en est donc de même
pour le vecteur
Selon l'invention, les moyens de calcul 27 exploitent le fait qu'il
existe une corrélation entre la présence par exemple d'un pic de signal avec
une direction connue dans le repère terrestre, cette direction connue étant
portée par le vecteur
La direction de la singularité 41 de l'antenne de réémission 23 est
portée par un vecteur noté
A cet instant, la position en roulis de la munition 21 par rapport à
un plan de référence est définie par l'angle ϕ que fait le plan Ps avec ce plan
de référence. Ce dernier est par exemple le plan vertical PV. A chaque tour
de munition, quand la singularité 41 coïncide dans le plan Ps, les moyens de
calcul 27 peuvent donc déterminer l'angle ϕ que fait la singularité avec par
exemple le plan vertical PV, ce qui donne en fait une indication de l'angle de
roulis qui est cet angle calculé ϕ. Bien entendu, le plan Ps varie au cours du
temps en fonction de la trajectoire de la munition 21. D'une certaine façon,
les mesures de l'angle de roulis sont échantillonnées dans le temps, les
instants d'échantillonnage étant les instants où la particularité 41 de
l'antenne de réémission 21 rencontre le plan Ps formé en fait du vecteur
vitesse
L'angle ϕ peut être calculé par les moyens de calcul 27 selon la relation suivante :
-
X étant le vecteur unitaire définissant l'axe 24 de la munition, pris par approximation colinéaire au vecteur vitesseV de la munition -
Zo étant le vecteur du plan vertical Pv dirigé du point M de référence de lamunition 21 vers le sol, le plan vertical contenantZo etX . -
Zo ∧X ,X ∧MS etX ∧Zo représentent respectivement les produits vectoriels entre les vecteursZo etX ,X etMS etX etZo .
-
X being the unit vector defining theaxis 24 of the ammunition, taken by collinear approximation to the speed vectorV ammunition -
Z o being the vector of the vertical plane Pv directed from the reference point M of themunition 21 towards the ground, the vertical plane containingZ o andX . -
Z o ∧X ,X ∧MS andX ∧Z o respectively represent the vector products between the vectorsZ o andX ,X andMS andX andZ o .
Une fois l'angle ϕ calculé, les moyens de calcul 27 peuvent en
outre effectuer un traitement pour déterminer un ordre de correction 33 à
envoyer à la munition 21. Cet ordre de correction est notamment fonction de
la position de la munition dans le repère terrestre, de la position de l'objectif
de la munition dans le même repère terrestre, du vecteur vitesse
Il apparaít bien que l'invention offre plusieurs avantages. Elle
permet notamment une correction de trajectoire en portée et en latéral sans
équipements complémentaires par exemple de type détecteur de verticale
embarqués dans la munition. La combinaison des données GPS et du signal
réémis par l'antenne anisotrope 23 permet en effet selon l'invention de
déterminer l'angle de roulis, nécessaire notamment à la correction de la
trajectoire en portée et en latéral.It appears that the invention offers several advantages. She
allows in particular a trajectory correction in range and lateral without
additional equipment, for example of the vertical detector type
loaded in the ammunition. The combination of GPS data and signal
re-emitted by the
Le coût des matériels embarqués dans la munition et nécessaires
notamment à la détermination de l'angle de roulis ϕ sont réduits dans la
mesure où elle ne nécessite tout au plus qu'une antenne GPS 22, un
transpondeur 25 et une antenne de réémission 23. Les moyens coûteux sont
disposés au sol et sont communs à toutes les munitions, ces moyens au sol
sont principalement le récepteur GPS 26 et les moyens 27 de calcul 27 de
l'angle de roulis, puis l'antenne 28 par exemple de bande S et les moyens
de transposition 29.The cost of the materials loaded in the ammunition and necessary
in particular to the determination of the roll angle ϕ are reduced in the
since it only requires at most one
Claims (9)
- Device for determining the angle of roll of a projectile (21), characterized in that it comprises, on board the projectile (21), at least:an antenna (22) for receiving a GPS signalmeans of retransmission (23, 25) of the GPS signal to the ground, the retransmission means comprising an antenna (23) which is anisotropic at least in the plane of roll of the projectile (21)means (28, 29, 30, 26) of reception of the GPS signalmeans (27) calculating the angle (ϕ) made by a first plane (Ps) varying over time as a function of the trajectory of the projectile (21) with a reference plane (Pv) when a singularity of anisotropy (41) of the retransmission antenna (23) meets the first plane (Ps), this plane (Ps) being defined by the velocity vector (
V ) of the projectile (21) and a vectorMS whose origin (M) and tip (S) are respectively the reference points of the positions of the projectile (21) and of the means of reception (28, 29, 30, 26) of the GPS signal, the reference point (M) of the projectile (21) and its velocity vector being supplied by the GPS signal received by the onboard antenna (22) and retransmitted to the means of reception (28, 29, 30, 26), the angle (ϕ) calculated being the angle of roll. - Device according to Claim 1, characterized in that the retransmission means comprise a transponder (25) transposing the GPS signal into another frequency band, the retransmission antenna (23) being matched to this latter frequency band, the means of reception of the GPS signal comprising on the ground, in addition to a GPS receiver (26), a matched reception antenna (28) and means (29) of transposition of the signal received into the frequency band of the GPS signals so as to supply the GPS receiver (26).
- Device according to Claim 2, characterized in that the GPS signal is transposed into the S band.
- Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the reference plane (Pv) is the vertical plane.
- Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises ahead of the GPS receiver (26), a switch (30) which in a first position links the input of the GPS receiver (26) to a GPS antenna (31) on the ground so as to determine the position of the ground reception means and in a second position links the input of the GPS receiver (26) to the signal (32) received from the projectile (21).
- Device according to Claim 5, characterized in that the switch (30) is in its first position before the launching of the projectile (21).
- Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the meeting of the singularity (41) of the anisotropic antenna (23) with the first plane (Ps) is defined by a spike (29) of the signal (32) received by the ground reception means (28, 29, 30, 26) from the projectile (21).
- Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the means of calculation (27) carry out the following operation: so as to calculate the angle between the first plane (Ps) and the reference plan (Pv)ϕ being the angle between the first plane (Ps) and the reference plane (Pv);
MS being the vector whose origin and tip are respectively the reference points (M) of the projectile (21) and (S) of the ground reception means (28, 29, 30, 26)X being a unit vector collinear with the velocity vector (V ) of the projectile (21)Zo being a vector of the reference plane which is not collinear with the vectorX , the reference plane passing through the latter. - Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the projectile (21) is a munition.
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