EP2009387A1 - Procédé de commande du déclenchement d'un module d'attaque et dispositif mettant en oeuvre un tel procédé - Google Patents

Procédé de commande du déclenchement d'un module d'attaque et dispositif mettant en oeuvre un tel procédé Download PDF

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EP2009387A1
EP2009387A1 EP08290608A EP08290608A EP2009387A1 EP 2009387 A1 EP2009387 A1 EP 2009387A1 EP 08290608 A EP08290608 A EP 08290608A EP 08290608 A EP08290608 A EP 08290608A EP 2009387 A1 EP2009387 A1 EP 2009387A1
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EP
European Patent Office
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driving module
action
projectile
terrestrial reference
triggering
Prior art date
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EP08290608A
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German (de)
English (en)
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EP2009387B1 (fr
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Thierry Bredy
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Nexter Munitions SA
Original Assignee
Nexter Munitions SA
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Publication date
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Publication of EP2009387B1 publication Critical patent/EP2009387B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C15/00—Arming-means in fuzes; Safety means for preventing premature detonation of fuzes or charges
    • F42C15/40—Arming-means in fuzes; Safety means for preventing premature detonation of fuzes or charges wherein the safety or arming action is effected electrically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/34—Direction control systems for self-propelled missiles based on predetermined target position data
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/34—Direction control systems for self-propelled missiles based on predetermined target position data
    • F41G7/346—Direction control systems for self-propelled missiles based on predetermined target position data using global navigation satellite systems, e.g. GPS, GALILEO, GLONASS
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C13/00—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation
    • F42C13/006—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation for non-guided, spinning, braked or gravity-driven weapons, e.g. parachute-braked sub-munitions

Definitions

  • the technical field of the invention is that of devices for controlling the triggering of a driver module having at least one determined direction of action.
  • attack module having a determined direction of action is meant a projectile or subproject which acts in a preferential manner in a given direction of space.
  • the initiation of this charge projects a sheaf of fragments in a given direction which is the axis of the charge.
  • the chips scatter slightly around the projection axis and result in an impact surface on a target that has a given area (depending on the charge / target distance).
  • the patent EP1045222 describes such a load projecting splinters in a given direction.
  • the projectiles or sub-projectiles thus having a determined direction of action are particularly interesting because they allow a control of the risk zone. Collateral damage can be minimized, only the targeted target is in principle destroyed.
  • attack modules thus make it possible to limit the effects to a well-defined sector, which was not the case with conventional projectiles or projectiles, for example explosive artillery shells that generate bursts in all directions of the space surrounding the axis of the shell.
  • attack modules having a determined direction of action is however that it is necessary to orient them towards the desired target.
  • Projectiles are thus known that are brought into contact with or near the target, either by direct fire (shell-shaped shells fired in tight fire without guidance) or by indirect fire.
  • sub-projectiles devoid of control means but which are designed to scan a field area with a target sensor (for example an infrared sensor). In this case the shot is fired when the sub-projectile detects a target having the desired silhouette characteristics.
  • a target sensor for example an infrared sensor
  • these sub-projectiles have the risk of inadvertent triggering by false targets (lures or targets already reached by another sub-projectile) or by friendly targets.
  • the object of the invention is to propose a device for triggering an attack module (such as a projectile or a sub-projectile) making it possible to increase the control of the risk zone.
  • an attack module such as a projectile or a sub-projectile
  • the device according to the invention can be implemented with projectiles or under projectiles devoid of control means and also lacking target detection means, which makes it possible to reduce the susceptibilities of these projectiles or under projectiles to jamming or masking. .
  • the device nevertheless ensures that these projectiles or sub-projectiles have a perfect control of the dimensions of the risk zone.
  • the invention can also be implemented in a projectile or under projectile which is already provided with detection means.
  • the invention makes it possible to provide an additional firing condition that leads to improving the overall control of the efficiency zone of the driving modules.
  • the determination of the orientation of the direction of action relative to the fixed terrestrial reference will be performed by measuring the orientation of the drive module with respect to at least two components of the Earth's magnetic field, the components of the Earth's magnetic field. otherwise known in the fixed terrestrial reference.
  • a target / target module distance from the coordinates of the target in the fixed terrestrial frame, programmed before firing or on trajectory, and measurements of the coordinates of the driver module in the fixed terrestrial reference system, measurements made on the trajectory by a satellite positioning system or transmitted to the driver module from a platform equipped with tracking means .
  • the coordinates of the attack / target module vector calculated from the preprogrammed target coordinates as well as from the target coordinates, are calculated on a trajectory and in a fixed terrestrial reference. of those measured of the drive module and determined by means of a triaxial magnetic compass the orientation of the direction of action of the drive module in a fixed terrestrial reference.
  • the coefficients of a matrix of passage of a reference linked to the driving module towards the fixed terrestrial reference will be calculated, these components being calculated by associating, for the points of the trajectory considered, the measurement of the components of the earth's magnetic field in a reference frame linked to the driving module and the values of the components of the magnetic field in the terrestrial frame, the latter values being known and preprogrammed in the driver module, the calculation indetermination being raised by the determination of at least one direction in the terrestrial reference of one of the axes of a reference linked to the driving module.
  • a determination of the orientation of the direction of action in the fixed terrestrial reference will be made from the measurement of the components of the magnetic field in a horizontal plane, which plane is defined by two magnetic sensors carried by the driving module, the orientation of the direction of action relative to this plane being otherwise known as well as the orientation of the magnetic field in the fixed terrestrial reference.
  • target detection means at the level of the driving module and the triggering of the attack module will only be triggered if the authorization conditions are fulfilled and a target is otherwise detected.
  • the invention also relates to a device for controlling the triggering of an attack module having at least one determined direction of action, and implementing such a method.
  • This device is characterized in that it comprises means for storing the coordinates of at least one target in a fixed terrestrial reference, means for measuring the coordinates of the drive module in the fixed terrestrial reference, as well as calculation means making it possible to determine, on a trajectory, the orientation of the direction of action of the driving module in the fixed terrestrial reference, the means ensuring the triggering of the driving module being coupled to the calculation means so as not to allow such a trigger that if the direction of action is oriented toward the target.
  • the means for measuring the coordinates of the driver module in the fixed terrestrial fixture may include a GPS receiver and / or a location data receiver transmitted from a remote platform.
  • the device may comprise at least two fixed magnetic sensors for determining the orientation of the direction of action of the driver module relative to the earth's magnetic field, memory means providing in addition, the components of the Earth's magnetic field in the fixed terrestrial reference.
  • the device When it is more particularly suited to a projectile having a non-vertical trajectory, the device is characterized in that the driving module incorporates at least three magnetic sensors and memory means making it possible to know the values of the terrestrial magnetic field in a reference frame. fixed earth for the different points of the trajectory, calculation means making it possible to determine from the different values of the earth magnetic field, the orientation of the reference linked to the driving module with respect to the terrestrial reference as well as the coordinates of the vector module attack / target in a fixed terrestrial reference, and those of the direction of action of the attack module.
  • the device When it is more particularly adapted to a sub-projectile intended to be dispersed over a terrain zone by a carrier and animated after dispersion of a downward movement along a substantially vertical axis and a rotational movement around this vertical axis (the direction of action is also inclined relative to the vertical axis of a given angle), the device is characterized in that the drive module comprises at least two magnetic sensors arranged in two directions. axes of a reference linked to the driving module, the two axes defined by these sensors thus determining a plane which will be perpendicular to the expected vertical fall axis, the orientation of the direction of action of the drive module by relative to this horizontal plane being known.
  • the figure 1 shows a weapon system or shooting platform 1 (here a self-propelled artillery) which sends a projectile 2 to a target 3 in order to destroy it.
  • This projectile 2 constitutes a driving module having a determined direction of action W H which forms here an angle with the axis 19 of the projectile 2.
  • the latter follows a ballistic trajectory 5 and it also turns around its axis.
  • FIG. 1 a fixed terrestrial reference 4 of XYZ axes.
  • the coordinates of the firing platform 1 are X w Y W Z W
  • the coordinates of the projectile 2 are X p Y p Z p
  • those of the target 3 are X t Y t Z t .
  • point coordinates target, platform, projectile
  • the targeted targets have a certain ground surface and that the target point corresponds for example to the center of gravity of the real target.
  • the coordinates of the projectile are for example those of its center of gravity or those of the focus of its military head.
  • the driver module 2 incorporates a device 6 for controlling its tripping. This device ensures that the trigger will intervene only when optimal conditions are met, conditions to limit collateral damage.
  • the attack module 2 may include one or more formed charges (not shown) which will be projected in the direction of action W H. It may also include a load projecting a sheaf of splinters in the mean direction W H.
  • a burst charge projects splinters in a substantially conical sheaf centered on this direction of action.
  • the principles to be described can be easily adapted to the determination of the surfaces reached at ground level and to the comparison of this theoretically achieved surface with the global footprint (known and programmed) of a target to be treated.
  • the pyrotechnic means ensuring the end effect are not the subject of the present invention and will not be described in detail.
  • the figure 2 schematically represents the structure of the control device 6.
  • This device essentially comprises calculation means 7 which incorporate different calculation modules made in the form of algorithms stored in memories or registers.
  • calculation means 7 are connected to means 20 for triggering the firing of the pyrotechnic charge of the driver module 2 (for example an electronic fuse causing the initiation of a detonator). These known means are not the subject of the present invention and will therefore not be described in detail.
  • the control device 6 also comprises memory means or registers (incorporated in the calculation means 7) for storing the coordinates X t Y t Z t of at least one target 3 in the fixed terrestrial reference 4.
  • the coordinates of the target or targets 3 are introduced into the calculation means 7 from an appropriate interface 8. They are provided by a programming means 9 which is integral with the shooting platform 1.
  • a transmitter means 10 integral with the platform 1 for example a radio signal transmitter.
  • the interface 8 will then include a receiving antenna (not shown).
  • the device 6 also comprises means 11 making it possible to measure the X p Y p Z p coordinates of the driver module in the fixed terrestrial reference frame 4.
  • These means 11 may be constituted by a receiver of a satellite positioning system (or GPS).
  • the GPS receiver embedded in the projectile 2 can be replaced by a simple receiver 12 of signals supplied by a transmitter 10 (identical or different from that previously described) and integral with the platform 1. This transmitter 10 will then be coupled to a trajectory means 13 also secured to the platform 1.
  • the device according to the invention also comprises fixed magnetic sensors 14 (for example magneto resistors). These sensors make it possible to measure the components of the Earth's magnetic field along two or three axes of a marker linked to the projectile 2.
  • calculation means 7 also comprise memory means or registers for memorizing the components of the terrestrial magnetic field H in a fixed terrestrial reference 4 and in all points of the trajectory provided for the projectile 2.
  • the magnetic field H thus has, in this reference linked to the projectile, the three components H Xm , H Ym and H Zm which are measured along the trajectory 5.
  • the same magnetic field H has also in the fixed terrestrial reference 4, positioned at the point G of the trajectory 5, components H X , H Y and H Z.
  • the vector Vt is the velocity vector of the projectile 2 on its trajectory 5.
  • the components of this vector in the fixed reference frame 4 as well as the coordinates of the point G at which the projectile 2 is located are known thanks to the positioning means 11 (or to the means tracking).
  • the calculation means 7 can therefore at any time calculate, in the fixed reference frame 4, the coordinates of the vector ⁇ which connects the attack module. 2 to target 3 (vector whose standard expresses the distance from the attack module to the target).
  • the vector W H which is the one defining the direction of action of the projectile (or module of attack) 2.
  • This direction of action W H is a fixed data in the reference XmYmZm related to the projectile. This data is determined during the construction of the projectile 2. It is known, for a given projectile or attack module, how the magnetic sensors 14 are placed with respect to the military head and the direction of action of the projectile is also known. the military head with respect to the projectile body 2. The coordinates of the vector W H in the reference linked to the projectile 2 are incorporated in memory in the calculation means 7.
  • the orientation of this direction of action W H in the fixed terrestrial reference 4 will be determined on a trajectory.
  • the drive / target module distance which is the norm of the vector ⁇ , is also determined by calculation.
  • attack modules incorporating shaped charges or focussed flashes
  • the norm of the vector ⁇ is less than or equal to a programmed value which is the radius of action Ra for the drive module considered and which corresponds to a suitable distance for controlling the triggering with respect to a target.
  • the long range attack modules are for example those equipped with core generating charges.
  • the figure 4 is a logic diagram that summarizes the main steps of the method according to the invention.
  • Step A corresponds to the calculation of the coordinates of the vector ⁇ in the fixed terrestrial reference 4 (distance vector attack module / target).
  • the standard of this vector ⁇ will be calculated at the same stage.
  • Step B corresponds to calculating the coordinates of the vector W H (orientation of the direction of action) in the fixed terrestrial frame 4. This calculation implements steps which will be detailed later.
  • test C verifies the collinearity and the same direction of the vectors W H and ⁇ .
  • the test D satisfies (possibly) that the norm of the vector ⁇ is less than or equal to a reference value (radius of action Ra).
  • step E corresponds to the triggering authorization of the attack module 2.
  • step B will determine the orientation of the direction of action W H relative to the fixed terrestrial reference 4 by measuring the orientation of the driving module 2 by ratio to at least two components of the Earth's magnetic field.
  • Calculations of moving from a movable marker to a fixed marker implement the Euler angles which are well known to those skilled in the art. They intervene in the determination of the coefficients of a transition matrix T allowing the computation of the coordinates of points or vectors in the fixed reference frame from the known coordinates in the movable reference linked to the projectile 2.
  • H X , H Y , H Z being the coordinates of the terrestrial magnetic field vector in the fixed reference frame and (H Xm , H Ym , H zm ) being the coordinates of this same vector in the reference linked to the projectile.
  • the coefficients of the matrix T depend, of course, on the attitude of the projectile 2 on trajectory, and therefore flight conditions. They vary on trajectory and must be determined in a continuous (or periodic) way.
  • these Euler angles and the coefficients of the transit matrix T are determined using inertial systems associating gyrometers and accelerometers, which are fragile and expensive equipments (which do not resist firing by a cannon).
  • the components of the Earth's magnetic field may be considered constant over the entire trajectory 5 of the projectile 2 and during flight time.
  • this indetermination will be solved by calculating the orientation of the axis GXm of the reference linked to the projectile 2.
  • the axis 19 of the projectile 2 itself will be chosen as axis GXm and a conventional flight mechanics calculation will be used to determine the orientation of this axis in the terrestrial reference frame 4.
  • the knowledge of the trajectory 5 and the speed Vt makes it possible to know the curvature of the trajectory and the acceleration to which the projectile 2 is subjected.
  • the latter also has an aerodynamic transfer function Fta which depends on its geometry. , its mass and its matrix of inertia and which is fixed to the construction.
  • the implementation of the aerodynamic and flight mechanics equations allows to determine the angle of incidence Inc which separates the vectors Vt and Gxm from the transfer function Fta and the components of the acceleration calculated on trajectory.
  • This angle Inc is a resultant angle of incidence which is measured in the plane of the vectors Vt and Gxm, which plane is perpendicular to the vector of instantaneous rotation of the projectile on its trajectory.
  • the figure 5 is a logic diagram that details step B corresponding to the calculation of the coordinates of the vector W H (orientation of the direction of action) in the fixed terrestrial reference 4.
  • the block F corresponds to the measurement by the positioning means 11, and in the terrestrial frame 4, coordinates of the vector Vt associated with the different points of the trajectory 5 located as well as calculation by derivation, (or else by determination of the radius curvature of the trajectory) accelerations to which the projectile is subjected.
  • the block G corresponds to the calculation of the coordinates in the fixed terrestrial reference 4 of the main axis of the projectile GXm. This calculation implements the calculations resulting from the block F as well as the aerodynamic transfer function (Fta) of the projectile 2.
  • the block H M corresponds to the measurement by the sensors 14 of the components of the magnetic field in the marker of the projectile 2.
  • the block H RT corresponds to the determination (by reading in memories or registers of the computer 7) of the components of the terrestrial magnetic field in the terrestrial reference point at the point considered on the trajectory.
  • this block is connected to the block F to remind that the memory of the data of the magnetic field must be read with reference to the coordinates of the point considered on the trajectory of the projectile (coordinates provided by the positioning means 11).
  • the T block is that of calculating the coefficients of the matrix T allowing the passage of a marker linked to the projectile to a fixed terrestrial reference.
  • the block W H corresponds to the computation of the coordinates of the direction of action vector W H with respect to the fixed terrestrial reference 4.
  • the invention may advantageously be implemented for an attack module which is constituted by a sub-projectile dispersed over a terrain zone by a carrier, for example a cargo shell of artillery, drone or rocket (not shown).
  • a carrier for example a cargo shell of artillery, drone or rocket (not shown).
  • the direction of action W H is inclined with respect to the vertical axis 16 of a given angle ⁇ which is fixed by construction.
  • (Xf, Yf, Zf) are the coordinates of the point of intersection with the ground of the vector direction of action W H of the sub-projectile 15. This point corresponds to the point of theoretical impact 18 on the ground of the nucleus or the sheaf of splinters generated during the initiation of the sub-projectile 15.
  • the coordinates of this vector in the terrestrial reference frame are easily calculated from the coordinates (Xp, Yp, Zp) of the sub-projectile 15 (measured by the positioning means 11) and those (Xt, Yt, Zt) of the target 3 (programmed before shooting).
  • the standard of this vector ⁇ will be the value of a distance of attack / target module.
  • a test complementary to the collinearity measurement of the vectors W H and ⁇ may nevertheless be provided. This test will make it possible to verify that the value of the norm of the vector ⁇ is less than or equal to a predefined radius of action Ra.
  • the altitude of the sub-projectile relative to the ground could be tested (using an altimeter).
  • the sub-projectile follows a vertical trajectory and is not subject to any lateral acceleration. It is then easy to remove the indeterminacy in the calculation of the passage matrix T allowing to go from the reference linked to the sub-projectile to the terrestrial reference. It is sufficient to consider that the axis GZm of the reference linked to the projectile is vertical.
  • the coordinates of the axis GZm in the terrestrial reference are easily known from the sole determination of the coordinates of the point G (data by the positioning means 11).
  • the figure 7 shows the sub-projectile 15 as well as the positioning of two sensors 14 of the magnetic field.
  • the reference GXmYmZm linked to sub-projectile 15 has a privileged axis GZm which is the vertical axis.
  • the magnetic sensors 14 are arranged in the sub-projectile 15 so as to materialize two directions GXm and GYm which define a horizontal plane during the fall of the sub-projectile (plane perpendicular to the direction GZm).
  • the location of the direction of action W H with respect to the sub-projectile 15, so compared to the sensors 14 is a fixed construction data.
  • the matrix of passage T allowing the change of reference is thus easily defined.
  • the determination is all the easier with the choice of a marker linked to the projectile and having a vertical axis and a horizontal plane, it is sufficient to know a single angle of Euler, the angle ⁇ of rotation to pass from the fixed terrestrial axis GX (centered at G to the sub-projectile 15) to the axis GXm, to determine the orientation in the terrestrial reference of the sub-projectile 15 (hence its direction of action W H ).
  • Two magnetic sensors 14 are sufficient to calculate the value of the angle ⁇ n formed by the projection N of the magnetic field vector with the axis GXm.
  • figure 8 shows how it is possible to easily calculate the orientation of the action direction W H and to check the conditions allowing to allow or not the trigger of the attack module.
  • the figure 8 thus shows the different vectors in projection in the horizontal plane. It has been arbitrarily chosen to confuse the axis GXm of the marker linked to the sub-projectile 15 with the projection W HN of the direction of action W H on this plane.
  • ⁇ r is the angle that makes (in the horizontal plane) the projection N of the magnetic field vector H with respect to the axis GX of the fixed reference. This value is deduced from the coordinates of the magnetic field in the terrestrial frame as preprogrammed for the considered point G of the trajectory. We see that it would be possible in this case to simply memorize in the calculation means 7 only the angles ⁇ r and not the complete components of the magnetic field vector.
  • the angle ⁇ n formed by the projection N of the magnetic field vector with the axis GXm is measured using the sensors 14.
  • the vector ⁇ N (projection of the vector connecting the sub-projectile 15 to the target 3) is easily determined from the coordinates Xp, Yp of the sub-projectile (given by the positioning means 11 and those Xt, Yt of the target 3 ( preprogrammed).
  • ⁇ NOT 2 ( xt - xp ⁇ ) 2 + ( yt - yp ⁇ ) 2
  • the shooting accuracy obtained is remarkable while the sub-projectile 15 is totally devoid of target detection means.
  • the method according to the invention can be implemented for a driver module that is already provided with target detection means, for example an infrared sensor.
  • step E of the figure 4 will be followed by another test which will correspond to the verification of the presence of a target having the expected infrared characteristics (such a detection means is conventional and already implemented today).
  • the method according to the invention does not itself control the triggering of the attack module but it brings an additional condition to the simple target detection.
  • the examples described have referred to the determination of a direction of action W H whose intersection at ground level is punctual. It is of course possible, in particular when the drive module incorporates a chip load, to determine, in addition to the mean orientation of the vector W H , the value of the ground level surface that is covered by the sheaf. splinters. This surface is easy to calculate by introducing into the projectile or under projectile the value of the opening angle of the cone of the generated sheaf (solid angle centered on the direction W H ).

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de commande du déclenchement d'un module d'attaque (2), tel un projectile ou un sous projectile, module d'attaque ayant au moins une direction d'action déterminée (W H ), procédé caractérisé par les étapes suivantes : on programme avant tir ou sur trajectoire les coordonnées d'au moins une cible (3) dans un repère terrestre fixe (4), on réalise au moins une détermination sur trajectoire de l'orientation de la ou des direction(s) d'action (W H ) dans le repère terrestre fixe (4) et on n'autorise le déclenchement du module d'attaque (2) que si la direction d'action (W H ) se trouve orientée en direction de la cible (3). L'invention a également pour objet le dispositif mettant en oeuvre un tel procédé.

Description

  • Le domaine technique de l'invention est celui des dispositifs permettant de commander le déclenchement d'un module d'attaque ayant au moins une direction d'action déterminée.
  • On entend par module d'attaque ayant une direction d'action déterminée, un projectile ou sous projectile qui agit d'une façon préférentielle suivant une direction donnée de l'espace.
  • Il en est ainsi des projectiles ou sous projectiles comportant une charge formée (charge creuse ou charge génératrice de noyau). Dans ce cas la direction d'action est celle suivant laquelle se trouve projeté le noyau ou le jet de charge creuse. A titre d'exemple, le brevet FR2793314 décrit un sous projectile à charge génératrice de noyau connu.
  • Il en est également ainsi pour les projectiles ou sous projectiles comportant un générateur d'éclats conçu de façon à ne projeter les éclats que suivant une direction moyenne donnée. Il est connu par exemple de remplacer dans une charge génératrice de noyau le revêtement de charge par un boîtier renfermant des éclats préformés.
  • L'initiation de cette charge projette une gerbe d'éclats suivant une direction donnée qui est l'axe de la charge. Les éclats se dispersent légèrement autour de l'axe de projection et il en résulte une surface d'impact sur une cible qui a une aire donnée (en fonction de la distance charge/cible). Le brevet EP1045222 décrit une telle charge projetant des éclats suivant une direction donnée.
  • Les projectiles ou sous projectiles ayant ainsi une direction d'action déterminée sont particulièrement intéressants car ils autorisent une maîtrise de la zone de risque. Les dégâts collatéraux peuvent être minimisés, seule la cible visée étant en principe détruite.
  • Ces modules d'attaque permettent ainsi de limiter les effets à un secteur bien défini ce qui n'était pas le cas avec les projectiles ou sous projectiles classiques, par exemple les obus explosifs d'artillerie qui engendrent des éclats suivant toutes les directions de l'espace entourant l'axe de l'obus.
  • Un des problèmes posés par les modules d'attaque ayant une direction d'action déterminée est cependant qu'il est nécessaire de les orienter en direction de la cible souhaitée.
  • On connaît ainsi des projectiles qui sont amenés en contact ou au voisinage de la cible, soit par tir direct (obus à charge formée tirés en tir tendu sans guidage) soit par tir indirect.
  • Dans le cas du tir indirect il est cependant nécessaire de prévoir des moyens de guidage et de pilotage permettant d'amener le projectile sur la cible, par exemple des gouvernes orientables commandées par un autodirecteur. On pourra consulter les brevets EP905473 ou FR2847033 qui décrivent de tels projectiles guidés.
  • On connaît aussi des sous projectiles dépourvus de moyens de pilotage mais qui sont conçus pour balayer une zone de terrain avec un senseur de cible (par exemple un capteur infra rouge). Dans ce cas le tir est déclenché lorsque le sous projectile détecte une cible ayant les caractéristiques de silhouette souhaitées. Les brevets GB2090950 et US4858532 décrivent de tels sous projectiles connus.
  • Ces sous projectiles dépourvus de moyens de pilotage présentent cependant encore des inconvénients.
  • Ils ne peuvent tout d'abord agresser que des cibles ayant une signature bien définie et bien reconnaissable. Ils ne peuvent donc pas être utilisés contre des cibles peu détectables.
  • Par ailleurs il subsiste avec ces sous projectiles des risques de déclenchement intempestifs par des fausses cibles (leurres ou bien cibles déjà atteintes par un autre sous projectile) ou encore par des cibles amies.
  • L'invention a pour but de proposer un dispositif de déclenchement d'un module d'attaque (tel qu'un projectile ou un sous projectile) permettant d'accroître la maîtrise de la zone de risque.
  • Le dispositif selon l'invention peut être mis en oeuvre avec des projectiles ou sous projectiles dépourvus de moyens de pilotage et dépourvus aussi de moyens de détection de cible, ce qui permet de réduire les susceptibilités de ces projectiles ou sous projectiles au brouillage ou au masquage.
  • Le dispositif assure néanmoins à ces projectiles ou sous projectiles une parfaite maîtrise des dimensions de la zone de risques.
  • L'invention peut aussi être mise en oeuvre dans un projectile ou sous projectile qui est déjà doté de moyens de détection.
  • Dans ce cas l'invention permet d'apporter une condition de tir supplémentaire qui conduit à améliorer la maîtrise globale de la zone d'efficacité des modules d'attaque. On peut ainsi éviter tout déclenchement intempestif et/ou imposer une zone d'attaque bien déterminée.
  • Ainsi l'invention a pour objet un procédé de commande du déclenchement d'un module d'attaque, tel un projectile ou un sous projectile, module d'attaque ayant au moins une direction d'action déterminée, procédé caractérisé par les étapes suivantes :
    • on programme avant tir ou sur trajectoire les coordonnées d'au moins une cible dans un repère terrestre fixe,
    • on réalise au moins une détermination sur trajectoire de l'orientation de la ou des direction(s) d'action dans le repère terrestre fixe,
    • on n'autorise le déclenchement du module d'attaque que si la direction d'action se trouve orientée en direction de la cible.
  • Avantageusement, la détermination de l'orientation de la direction d'action par rapport au repère terrestre fixe sera effectuée en mesurant l'orientation du module d'attaque par rapport à au moins deux composantes du champ magnétique terrestre, les composantes du champ magnétique terrestre étant par ailleurs connues dans le repère terrestre fixe.
  • On pourra par ailleurs réaliser une mesure d'une distance module d'attaque / cible à partir des coordonnées de la cible dans le repère terrestre fixe, programmées avant tir ou sur trajectoire, et des mesures des coordonnées du module d'attaque dans le repère terrestre fixe, mesures effectuées sur trajectoire par un système de positionnement par satellite ou bien transmises au module d'attaque à partir d'une plate-forme dotée de moyens de trajectographie.
  • Plus particulièrement, pour adapter l'invention à un projectile ayant une trajectoire non verticale, on calcule sur trajectoire et dans un repère terrestre fixe les coordonnées du vecteur module d'attaque / cible, calcul effectué à partir des coordonnées de la cible préprogrammées ainsi que de celles mesurées du module d'attaque et on détermine à l'aide d'un compas magnétique tri-axial l'orientation de la direction d'action du module d'attaque dans un repère terrestre fixe.
  • Pour déterminer l'orientation de la direction d'action du module d'attaque dans un repère terrestre fixe, on calculera les coefficients d'une matrice de passage d'un repère lié au module d'attaque vers le repère terrestre fixe, ces composantes étant calculées en associant, pour les points de la trajectoire considérés, la mesure des composantes du champ magnétique terrestre dans un repère lié au module d'attaque et les valeurs des composantes du champ magnétique dans le repère terrestre, ces dernières valeurs étant connues et préprogrammées dans le module d'attaque, l'indétermination de calcul étant levée par la détermination d'au moins une direction dans le repère terrestre d'un des axes d'un repère lié au module d'attaque.
  • Pour lever l'indétermination on calculera l'orientation de l'axe longitudinal du module d'attaque à partir d'un calcul de l'angle d'incidence du projectile, calcul qui sera réalisé à partir des mesures de la trajectoire suivie, de la vitesse dans le repère terrestre, ainsi qu'à partir de la connaissance de la fonction de transfert aérodynamique du projectile.
  • Pour adapter l'invention à un sous projectile dispersé au-dessus d'une zone de terrain par un porteur et animé d'un mouvement de descente suivant un axe sensiblement vertical ainsi que d'un mouvement de rotation autour de l'axe vertical de descente, la direction d'action étant inclinée par rapport à l'axe vertical d'un angle donné, on procèdera à une détermination de l'orientation de la direction d'action dans le repère terrestre fixe à partir de la mesure des composantes du champ magnétique dans un plan horizontal, plan qui est défini par deux capteurs magnétiques portés par le module d'attaque, l'orientation de la direction d'action par rapport à ce plan étant par ailleurs connue ainsi que l'orientation du champ magnétique dans le repère terrestre fixe.
  • On pourra selon une variante, mettre également en oeuvre au niveau du module d'attaque des moyens de détection de cible et on ne provoquera alors le déclenchement du module d'attaque que si les conditions d'autorisation sont remplies et qu'une cible est par ailleurs détectée.
  • L'invention a également pour objet un dispositif de commande du déclenchement d'un module d'attaque ayant au moins une direction d'action déterminée, et mettant en oeuvre un tel procédé.
  • Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant de mémoriser les coordonnées d'au moins une cible dans un repère terrestre fixe, des moyens permettant de mesurer les coordonnées du module d'attaque dans le repère terrestre fixe, ainsi que des moyens de calcul permettant de déterminer sur trajectoire l'orientation de la direction d'action du module d'attaque dans le repère terrestre fixe, les moyens assurant le déclenchement du module d'attaque étant couplés aux moyens de calcul de façon à n'autoriser un tel déclenchement que si la direction d'action se trouve orientée en direction de la cible.
  • Les moyens permettant de mesurer les coordonnées du module d'attaque dans le repère terrestre fixe pourront comprendre un récepteur GPS et/ou un récepteur de données de localisation transmises à partir d'une plate-forme distante.
  • Le dispositif pourra comprendre au moins deux capteurs magnétiques fixes permettant de déterminer l'orientation de la direction d'action du module d'attaque par rapport au champ magnétique terrestre, des moyens mémoire fournissant par ailleurs les composantes du champ magnétique terrestre dans le repère terrestre fixe.
  • Lorsqu'il est plus particulièrement adapté à un projectile ayant une trajectoire non verticale, le dispositif est caractérisé en ce que le module d'attaque incorpore au moins trois capteurs magnétiques et des moyens mémoire permettant de connaître les valeurs du champ magnétique terrestre dans un repère terrestre fixe pour les différents points de la trajectoire, des moyens de calcul permettant de déterminer à partir des différentes valeurs du champ magnétique terrestre, l'orientation du repère lié au module d'attaque par rapport au repère terrestre ainsi que les coordonnées du vecteur module d'attaque / cible dans un repère terrestre fixe, et celles de la direction d'action du module d'attaque.
  • Lorsqu'il est plus particulièrement adapté à un sous projectile destiné à être dispersé au-dessus d'une zone de terrain par un porteur et animé après dispersion d'un mouvement de descente suivant un axe sensiblement vertical ainsi que d'un mouvement de rotation autour de cet axe vertical (la direction d'action étant par ailleurs inclinée par rapport à l'axe vertical d'un angle donné), le dispositif est caractérisé en ce que le module d'attaque comporte au moins deux capteurs magnétiques disposés suivant deux axes d'un repère lié au module d'attaque, les deux axes définis par ces capteurs déterminant ainsi un plan qui sera perpendiculaire à l'axe de chute vertical prévu, l'orientation de la direction d'action du module d'attaque par rapport à ce plan horizontal étant connue.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de différents modes de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels :
    • la figure 1 schématise la mise en oeuvre d'un module d'attaque selon un premier mode de réalisation de l'invention à partir d'une plate-forme terrestre,
    • la figure 2 est un schéma synoptique du dispositif de déclenchement selon l'invention,
    • la figure 3 montre les différents axes, angles et vecteurs pour un module d'attaque constitué par un projectile ayant une trajectoire balistique,
    • les figures 4 et 5 sont des logigrammes synthétisant les principales étapes du procédé selon l'invention,
    • la figure 6 montre un mode particulier de réalisation suivant lequel on utilise un sous projectile qui est animé d'un mouvement de descente au-dessus d'une zone de terrain suivant un axe sensiblement vertical,
    • la figure 7 est une vue plus détaillée du sous projectile permettant de repérer les différents axes, angles et vecteurs,
    • la figure 8 est une vue analogue à la figure 7 mais
    dans laquelle les vecteurs sont représentés en projection suivant un plan horizontal.
  • La figure 1 montre un système d'arme ou plate-forme de tir 1 (ici un automoteur d'artillerie) qui envoie un projectile 2 vers une cible 3 en vue de la détruire. Ce projectile 2 constitue un module d'attaque ayant une direction d'action déterminée WH qui forme ici un angle avec l'axe 19 du projectile 2.
  • Ce dernier suit une trajectoire balistique 5 et il tourne par ailleurs autour de son axe.
  • On a représenté sur la figure 1 un repère terrestre fixe 4 d'axes XYZ. Dans ce repère les coordonnées de la plate-forme de tir 1 sont XwYWZW, les coordonnées du projectile 2 sont XpYpZp, et celles de la cible 3 sont XtYtZt.
  • Pour la clarté de l'exposé on parle ici de coordonnées de points (cible, plate-forme, projectile). Il est bien entendu que les cibles visées ont une certaine surface au sol et que le point cible correspond par exemple au barycentre de la cible réelle. De même les coordonnées du projectile sont par exemple celles de son centre de gravité ou bien celles du foyer de sa tête militaire.
  • L'exposé qui va suivre est basé sur des considérations géométriques théoriques. L'Homme du Métier pourra aisément adapter les principes qui seront décrits pour traiter les cas particuliers de modules d'attaque réels.
  • Le module d'attaque 2 incorpore un dispositif 6 de commande de son déclenchement. Ce dispositif permet d'assurer que le déclenchement n'interviendra que lorsque les conditions optimales seront réunies, conditions permettant de limiter les dégâts collatéraux.
  • Le module d'attaque 2 pourra comporter une ou plusieurs charges formées (non représentées) qui seront projetées suivant la direction d'action WH. Il pourra comporter aussi une charge projetant une gerbe d'éclats suivant la direction moyenne WH.
  • L'exposé se limitera à traiter le cas d'une direction d'action moyenne WH unique. Une charge à éclat projette des éclats suivant une gerbe sensiblement conique centrée sur cette direction d'action. On pourra adapter aisément les principes qui vont être décrits à la détermination des surfaces atteintes au niveau du sol et à la comparaison de cette surface théoriquement atteinte avec l'empreinte au sol globale (connue et programmée) d'une cible à traiter.
  • Les moyens pyrotechniques assurant l'effet terminal (tir de charge formée ou projection d'éclats) ne font pas l'objet de la présente invention et ne seront pas décrits en détails.
  • Ces moyens sont bien connus de l'Homme du Métier.
  • La figure 2 représente de façon schématique la structure du dispositif de commande 6. Ce dispositif comprend essentiellement des moyens de calcul 7 qui incorporent différents modules de calcul réalisés sous la forme d'algorithmes mis en mémoires ou registres.
  • Ces moyens de calcul 7 sont reliés à un moyen 20 de déclenchement du tir de la charge pyrotechnique du module d'attaque 2 (par exemple une fusée électronique provoquant l'initiation d'un détonateur). Ces moyens connus ne sont pas l'objet de la présente invention et ne seront donc pas décrits en détails.
  • Le dispositif de commande 6 comporte également des moyens mémoires ou registres (incorporés aux moyens de calcul 7) permettant de mémoriser les coordonnées XtYtZt d'au moins une cible 3 dans le repère terrestre fixe 4.
  • Les coordonnées de la ou des cibles 3 sont introduites dans les moyens de calcul 7 à partir d'une interface 8 appropriée. Elles sont fournies par un moyen de programmation 9 qui est solidaire de la plate-forme de tir 1.
  • On pourra par exemple programmer ces coordonnées avant le tir à l'aide de contacts électriques portés par la plate-forme 1 et reliés au moyen de programmation 9. On pourra aussi réaliser la programmation par un couplage inductif et associer une boucle d'induction fixe solidaire de la plate-forme 1, boucle destinée à coopérer avec une autre boucle portée par le projectile 2.
  • On pourra également transmettre les coordonnées au projectile 2 sur sa trajectoire à l'aide d'un moyen transmetteur 10 solidaire de la plate-forme 1 (par exemple un transmetteur de signaux hertziens). L'interface 8 comprendra alors une antenne réceptrice (non représentée).
  • Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif 6 comprend aussi des moyens 11 permettant de mesurer les coordonnées XpYpZp du module d'attaque dans le repère terrestre fixe 4. Ces moyens 11 pourront être constitués par un récepteur d'un système de positionnement par satellite (ou GPS).
  • Alternativement on pourra remplacer le récepteur GPS embarqué dans le projectile 2 par un simple récepteur 12 de signaux fournis par un transmetteur 10 (identique ou distinct de celui précédemment décrit) et solidaire de la plate-forme 1. Ce transmetteur 10 sera alors couplé à un moyen de trajectographie 13 lui aussi solidaire de la plate-forme 1.
  • Le dispositif selon l'invention comprend également des capteurs magnétiques fixes 14 (par exemple des magnéto résistances). Ces capteurs permettent de mesurer les composantes du champ magnétique terrestre suivant deux ou trois axes d'un repère lié au projectile 2.
  • La mesure des composantes du champ magnétique terrestre va permettre, à l'aide d'algorithmes appropriés, de positionner le repère lié au projectile par rapport au repère terrestre 4.
  • Par ailleurs les moyens de calcul 7 comportent aussi des moyens mémoires ou registres permettant de mémoriser les composantes du champ magnétique terrestre H dans un repère terrestre fixe 4 et en tous points de la trajectoire 5 prévue pour le projectile 2.
  • On a représenté sur la figure 3 le projectile 2 équipé de trois capteurs magnétiques 14 qui définissent les axes GXmYmZm d'un repère (ici orthonormé) lié au projectile 2.
  • Le champ magnétique H a donc, dans ce repère lié au projectile, les trois composantes HXm, HYm et HZm qui sont mesurées le long de la trajectoire 5.
  • Le même champ magnétique H a par ailleurs dans le repère terrestre fixe 4, positionné au niveau du point G de la trajectoire 5, des composantes HX, HY et HZ.
  • Le vecteur Vt est le vecteur vitesse du projectile 2 sur sa trajectoire 5. Les composantes de ce vecteur dans le repère fixe 4 ainsi que les coordonnées du point G auquel se situe le projectile 2 sont connues grâce au moyen de positionnement 11 (ou aux moyens de trajectographie).
  • Les coordonnées du point G étant connues sur trajectoire et les coordonnées de la cible 3 ayant été programmées, les moyens de calcul 7 peuvent donc à tout instant calculer, dans le repère fixe 4, les coordonnées du vecteur Δ qui relie le module d'attaque 2 à la cible 3 (vecteur dont la norme exprime la distance du module d'attaque à la cible).
  • On a représenté sur la figure 3 le vecteur WH qui est celui définissant la direction d'action du projectile (ou module d'attaque) 2. Cette direction d'action WH est une donnée fixe dans le repère XmYmZm lié au projectile. Cette donnée est déterminée lors de la construction du projectile 2. On sait en effet, pour un projectile ou module d'attaque donné, comment sont placés les capteurs magnétiques 14 par rapport à la tête militaire et on connaît également la direction d'action de la tête militaire par rapport au corps de projectile 2. Les coordonnées du vecteur WH dans le repère lié au projectile 2 sont incorporées en mémoire dans les moyens de calcul 7.
  • Conformément à l'invention on déterminera sur trajectoire l'orientation de cette direction d'action WH dans le repère terrestre fixe 4.
  • On détermine par ailleurs par calcul la distance module d'attaque / cible qui est la norme du vecteur Δ.
  • On autorisera alors le déclenchement du module d'attaque 2 si la direction d'action WH se trouve orientée en direction de la cible 3, c'est à dire si les vecteurs WH et Δ sont colinéaires et de même sens, et si par ailleurs la distance du module d'attaque 2 à la cible 3 est inférieure ou égale au rayon d'action du module d'attaque.
  • En effet, les modules d'attaque connus (incorporant des charges formées ou à éclats focalisés) ont une efficacité qui va dépendre de la distance qui les sépare de leur cible au moment de leur initiation. Il est inutile de les déclencher à une distance excessive. Il suffira de vérifier que la norme du vecteur Δ est inférieure ou égale à une valeur programmée qui est le rayon d'action Ra pour le module d'attaque considéré et qui correspond à une distance convenable pour commander le déclenchement par rapport à une cible.
  • On notera que dans le cas où on met en oeuvre un module d'attaque ayant une grande distance d'action (par exemple comprise entre 200 mètres et 500 mètres) il sera possible de déclencher le tir lorsque la colinéarité (de même sens) des vecteurs WH et Δ est assurée (sans vérification de la valeur de la norme de Δ par rapport à un rayon d'action).
  • En effet la probabilité pour que ces vecteurs soient colinéaires pour une distance supérieure à 500 mètres est quasi nulle lors du vol d'un projectile suivant une trajectoire balistique.
  • Les modules d'attaque à grande distance d'action sont par exemple ceux équipés de charges génératrices de noyau.
  • La figure 4 est un logigramme qui synthétise les principales étapes du procédé selon l'invention.
  • L'étape A correspond au calcul des coordonnées du vecteur Δ dans le repère terrestre fixe 4 (vecteur distance module d'attaque / cible). La norme de ce vecteur Δ sera calculée à la même étape.
  • L'étape B correspond au calcul des coordonnées du vecteur WH (orientation de la direction d'action) dans le repère terrestre fixe 4. Ce calcul met en oeuvre des étapes qui seront détaillées par la suite.
  • Le test C vérifie la colinéarité et le même sens des vecteurs WH et Δ.
  • Le test D vérifie (éventuellement) que la norme du vecteur Δ est inférieure ou égale à une valeur de référence (rayon d'action Ra).
  • Lorsque les deux tests sont concluants, l'étape E correspond à l'autorisation de déclenchement du module d'attaque 2.
  • Si l'un ou l'autre des tests est négatif, les étapes de calcul se poursuivent (étape A et B).
  • L'ordre des tests C et D est bien entendu indifférent et les étapes A et B peuvent être conduites simultanément.
  • Suivant une caractéristique du procédé selon l'invention, on va déterminer au cours de l'étape B l'orientation de la direction d'action WH par rapport au repère terrestre fixe 4 en mesurant l'orientation du module d'attaque 2 par rapport à au moins deux composantes du champ magnétique terrestre.
  • On voit sur la figure 3 que, pour connaître l'orientation du vecteur WH dans le repère fixe 4, il suffit de connaître l'orientation du repère GXmYmZm lié au projectile 2 par rapport au repère terrestre fixe 4 (l'orientation de WH dans le repère lié au projectile 2 est en effet fixe et connue).
  • Les calculs de passage d'un repère mobile à un repère fixe mettent en oeuvre les angles d'Euler qui sont bien connus de l'Homme du Métier. Ils interviennent dans la détermination des coefficients d'une matrice de passage T permettant le calcul des coordonnées de points ou de vecteurs dans le repère fixe à partir des coordonnées connues dans le repère mobile lié au projectile 2.
  • On pourra ainsi écrire la relation : H X ⁢ H Y ⁢ H Z = T . H Xm ⁢ H Ym ⁢ H Zm
    Figure imgb0001
  • (HX,HY,HZ) étant les coordonnées du vecteur champ magnétique terrestre dans le repère fixe et (HXm,HYm,Hzm) étant les coordonnées de ce même vecteur dans le repère lié au projectile.
  • Les coefficients de la matrice T (donc les angles d'Euler) dépendent bien entendu de l'attitude du projectile 2 sur trajectoire, donc des conditions de vol. Ils varient sur trajectoire et doivent être déterminés d'une façon continue (ou périodique).
  • Dans le domaine des missiles ou de l'aéronautique on détermine ces angles d'Euler et les coefficients de la matrice de passage T à l'aide de systèmes inertiels associant gyromètres et accéléromètres, qui sont des équipements fragiles et coûteux (qui ne résistent pas au tir par un canon).
  • Avec le procédé selon l'invention on va utiliser pour calculer les coefficients de la matrice T les valeurs connues (HX,HY,HZ) et préprogrammées des composantes du champ magnétique sur les différents points de la trajectoire 5 prévue ainsi que les valeurs (HXm,HYm,HZm) qui sont mesurées grâce aux capteurs 14.
  • En première approximation pour les portées d'artillerie habituelles, les composantes du champ magnétique terrestre pourront être considérées comme constantes sur toute la trajectoire 5 du projectile 2 et durant le temps de vol.
  • On montre mathématiquement que le calcul des coefficients de la matrice T ne peut pas être ainsi résolu sans la connaissance d'une caractéristique complémentaire du repère lié au projectile 2. Il existe en effet une infinité de combinaisons d'angles d'Euler permettant de résoudre l'équation (HX,HY,HZ) = T . (HXm,HYm,HZm).
  • Conformément à l'invention, on résoudra cette indétermination en calculant l'orientation de l'axe GXm du repère lié au projectile 2.
  • On choisira comme axe GXm l'axe 19 du projectile 2 lui-même et on utilisera un calcul classique de mécanique du vol pour déterminer l'orientation de cet axe dans le repère terrestre 4.
  • Il est en effet possible grâce au moyen de positionnement GPS 11 (ou aux moyens de trajectographie) de connaître dans le repère terrestre les coordonnées du vecteur vitesse Vt associées aux coordonnées des différents points de la trajectoire 5.
  • Les équations classiques de la mécanique du vol d'un projectile permettent alors de calculer dans le repère terrestre les coordonnées de l'axe du projectile (vecteur GXm) par rapport à celles du vecteur vitesse Vt.
  • En effet, la connaissance de la trajectoire 5 et de la vitesse Vt permet de connaître la courbure de la trajectoire et l'accélération à laquelle est soumise le projectile 2. Ce dernier possède par ailleurs une fonction de transfert aérodynamique Fta qui dépend de sa géométrie, de sa masse et de sa matrice d'inertie et qui est fixée à la construction.
  • La mise en oeuvre des équations aérodynamiques et de mécanique du vol permet de déterminer l'angle d'incidence Inc qui sépare les vecteurs Vt et Gxm à partir de la fonction de transfert Fta et des composantes de l'accélération calculées sur trajectoire. Cet angle Inc est un angle d'incidence résultante qui se mesure dans le plan des vecteurs Vt et Gxm, plan qui est perpendiculaire au vecteur de rotation instantanée du projectile sur sa trajectoire.
  • En première approximation on pourra dans certains cas considérer que l'angle Inc est nul (vecteur Vt colinéaire à l'axe Gxm).
  • Ces calculs sont bien connus de l'Homme du Métier et il n'est donc pas nécessaire de les détailler ici.
  • La figure 5 est un logigramme qui détaille ainsi l'étape B correspondant au calcul des coordonnées du vecteur WH (orientation de la direction d'action) dans le repère terrestre fixe 4.
  • Le bloc F correspond à la mesure par les moyens de positionnement 11, et dans le repère terrestre 4, des coordonnées du vecteur Vt associées aux différents points de la trajectoire 5 localisés ainsi qu'au calcul par dérivation, (ou bien par détermination du rayon de courbure de la trajectoire) des accélérations auxquelles est soumis le projectile.
  • Le bloc G correspond au calcul des coordonnées dans le repère terrestre fixe 4 de l'axe principal du projectile GXm. Ce calcul met en oeuvre les calculs issus du bloc F ainsi que la fonction de transfert aérodynamique (Fta) du projectile 2.
  • Le bloc HM correspond à la mesure par les capteurs 14 des composantes du champ magnétique dans le repère du projectile 2. Le bloc HRT correspond à la détermination (par lecture dans des mémoires ou registres du calculateur 7) des composantes du champ magnétique terrestre dans le repère terrestre au point considéré sur la trajectoire. Sur la figure 5 ce bloc est relié au bloc F pour rappeler que la mémoire des données du champ magnétique doit être lue en référence aux coordonnées du point considéré sur la trajectoire du projectile (coordonnées fournies par le moyen de positionnement 11).
  • Le bloc T est celui du calcul des coefficients de la matrice T permettant le passage d'un repère lié au projectile à un repère terrestre fixe.
  • Le bloc WH enfin correspond au calcul des coordonnées du vecteur direction d'action WH par rapport au repère terrestre fixe 4.
  • Suivant un mode particulier de réalisation, l'invention peut avantageusement être mise en oeuvre pour un module d'attaque qui est constitué par un sous projectile dispersé au-dessus d'une zone de terrain par un porteur, par exemple un obus cargo d'artillerie, un drone ou une roquette (non représentés).
  • De tels sous-projectiles sont bien connus de l'Homme du Métier.
  • On a représenté schématiquement sur la figure 6 un tel sous projectile 15. Il est animé d'un mouvement de descente suivant un axe 16 sensiblement vertical ainsi que d'un mouvement de rotation (vitesse Ω) autour de cet axe vertical de descente.
  • La direction d'action WH est inclinée par rapport à l'axe vertical 16 d'un angle β donné qui est fixé par construction.
  • Ainsi, lors de la descente du sous projectile 15, sa direction d'action WH balaye le sol suivant une spirale 17 dont le rayon R diminue avec l'altitude Zp du sous projectile 15.
  • On a représenté sur la figure 6 les coordonnées des différents points dans un repère terrestre fixe 4.
  • (Xp,Yp,Zp) sont les coordonnées du sous projectile 15.
  • (Xt,Yt,Zt) sont les coordonnées de la cible 3.
  • (Xf,Yf,Zf) sont les coordonnées du point d'intersection avec le sol du vecteur direction d'action WH du sous projectile 15. Ce point correspond au point d'impact théorique 18 sur le sol du noyau ou de la gerbe d'éclats engendrés lors de l'initiation du sous projectile 15.
  • Le rayon R est relié à l'altitude Zp du sous projectile 15 par la relation trigonométrique R = Zp.tan(β).
  • On a représenté sur la figure 6 le vecteur Δ (vecteur distance module d'attaque / cible).
  • Les coordonnées de ce vecteur dans le repère terrestre se calculent facilement à partir des coordonnées (Xp,Yp,Zp) du sous projectile 15 (mesurées par le moyen de positionnement 11) et de celles (Xt,Yt,Zt) de la cible 3 (programmées avant tir).
  • Comme dans le mode de réalisation précédent, la norme de ce vecteur Δ sera la valeur d'une distance module d'attaque / cible.
  • Conformément à l'invention on va chercher à détecter la colinéarité des vecteurs WH et Δ pour autoriser le déclenchement du tir (les vecteurs devant par ailleurs avoir bien sûr la même orientation).
  • Avec le cas particulier d'un sous projectile animé d'un mouvement de chute verticale combiné à une rotation, lorsque les vecteurs WH et Δ sont colinéaires ils ont également la même norme.
  • Il n'est alors généralement pas nécessaire de mettre en oeuvre une condition de rayon d'action à respecter pour la distance Δ. En effet la distance d'action opérationnelle des sous-projectiles connus est suffisamment importante (plusieurs centaines de mètres) pour assurer l'efficacité terminale sur la cible. Le test D (figure 4) est alors inutile.
  • Dans certains cas, par exemple lorsque les sous projectiles sont dispersés à une distance du sol très importante (supérieure à 800m), on pourra néanmoins prévoir un test complémentaire à la mesure de colinéarité des vecteurs WH et Δ. Ce test permettra de vérifier que la valeur de la norme du vecteur Δ est inférieure ou égale à un rayon d'action Ra prédéfini.
  • On pourrait alternativement effectuer un test sur l'altitude à laquelle se trouve le sous-projectile par rapport au sol (en utilisant un altimètre).
  • La chute verticale du sous projectile permet de simplifier notablement la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
  • En effet le sous-projectile suit une trajectoire verticale et il n'est soumis à aucune accélération latérale. Il est alors facile de lever l'indétermination dans le calcul de la matrice de passage T permettant de passer du repère lié au sous projectile au repère terrestre. Il suffit de considérer que l'axe GZm du repère lié au projectile est vertical. Les coordonnées de l'axe GZm dans le repère terrestre sont connues facilement à partir de la seule détermination des coordonnées du point G (données par le moyen de positionnement 11).
  • La figure 7 montre le sous projectile 15 ainsi que le positionnement de deux capteurs 14 du champ magnétique.
  • Le repère GXmYmZm lié au sous projectile 15 a un axe privilégié GZm qui est l'axe vertical.
  • Les capteurs magnétiques 14 sont disposés dans le sous projectile 15 de façon à matérialiser deux directions GXm et GYm qui définissent un plan horizontal lors de la chute du sous projectile (plan perpendiculaire à la direction GZm).
  • Compte tenu de la géométrie du sous projectile 15 il est aisé de maîtriser la position des capteurs 14 pour qu'ils définissent un tel plan lors de la chute de la sous-munition.
  • On a ici défini un repère orthonormé mais tout autre repère serait possible à la condition que le plan GXmYm soit orthogonal à la verticale GZm.
  • Comme dans le mode de réalisation précédent la localisation de la direction d'action WH par rapport au sous projectile 15, donc par rapport aux capteurs 14 est une donnée de construction fixe.
  • Il est donc facile de déterminer l'orientation de la direction d'action WH dans le repère terrestre fixe 4 à partir de la mesure des composantes du champ magnétique dans le plan GXmYm et de la connaissance des composantes de ce champ dans le repère terrestre fixe, au point de mesure considéré, telles qu'elle ont été mises en mémoire avant tir.
  • La matrice de passage T permettant le changement de repère se définit donc aisément. La détermination est d'autant plus aisée qu'avec le choix d'un repère lié au projectile et comportant un axe vertical et un plan horizontal, il suffit de connaître un seul angle d'Euler, l'angle α de rotation permettant de passer de l'axe terrestre fixe GX (centré en G au sous projectile 15) à l'axe GXm, pour déterminer l'orientation dans le repère terrestre du sous projectile 15 (donc de sa direction d'action WH).
  • Deux capteurs magnétiques 14 suffisent pour calculer la valeur de l'angle αn que forme la projection N du vecteur champ magnétique avec l'axe GXm. On pourra en déduire l'angle α grâce à la connaissance des coordonnées du champ magnétique dans le repère terrestre. En fait un seul capteur serait en principe suffisant mais, compte tenu des erreurs de mesure d'un capteur magnétique, il est nécessaire d'utiliser deux capteurs.
  • Une telle configuration est plus simple que celle décrite précédemment où il était nécessaire de mesurer trois composantes du champ magnétique terrestre.
  • On a représenté sur la figure 7 le vecteur champ magnétique terrestre H ainsi que sa projection N sur le plan GXmYm défini par les capteurs 14. L'angle αn sépare dans ce même plan l'axe GXm et le vecteur N.
  • A titre d'exemple non limitatif la figure 8 montre comment il est possible de calculer aisément l'orientation de la direction d'action WH et de vérifier les conditions permettant d'autoriser ou non le déclenchement du module d'attaque.
  • Avec ce mode de réalisation de l'invention il est en effet judicieux de conduire les différents calculs dans le plan horizontal GXmYm.
  • La figure 8 montre donc les différents vecteurs en projection dans le plan horizontal. On a choisi arbitrairement de confondre l'axe GXm du repère lié au sous projectile 15 avec la projection WHN de la direction d'action WH sur ce plan.
  • Une telle disposition est commode pour simplifier les équations et elle correspond physiquement à un positionnement particulier du capteur 14 par rapport à la direction d'action WH. Il est bien entendu possible concrètement de ne pas confondre WHN et GXm. Ce qui est important c'est de connaître la position relative de ces deux directions (position qui est une donnée fixe de construction du sous projectile 15).
  • On a noté αr l'angle que fait (dans le plan horizontal) la projection N du vecteur champ magnétique H par rapport à l'axe GX du repère fixe. Cette valeur est déduite des coordonnées du champ magnétique dans le repère terrestre telles que préprogrammées pour le point G considéré de la trajectoire. On voit qu'il serait possible dans ce cas de se contenter de mémoriser dans le moyen de calcul 7 uniquement les angles αr et non les composantes complètes du vecteur champ magnétique.
  • L'angle αn que forme la projection N du vecteur champ magnétique avec l'axe GXm est mesuré à l'aide des capteurs 14.
  • Le vecteur ΔN (projection du vecteur reliant le sous projectile 15 à la cible 3) est facilement déterminé à partir des coordonnées Xp,Yp du sous projectile (données par le moyen de positionnement 11 et de celles Xt,Yt de la cible 3 (préprogrammées).
  • La norme du vecteur ΔN est telle que : Δ N 2 = ( Xt - Xp ⁢ ) 2 + ( Yt - Yp ⁢ ) 2
    Figure imgb0002
  • Et l'angle αk entre le vecteur N et le vecteur ΔN est calculé à partir de la valeur préprogrammée de l'angle αr pour le point considéré et des coordonnées du sous projectile 15 et de la cible 3 par : αk = αr - arctan Yt - Yp / Xt - Xp
    Figure imgb0003
  • L'arc tangente étant défini sur ± π/2 On utilisera bien entendu des algorithmes classiques permettant les levées de doute sur la valeur de l'arc calculé.
  • Avec les simplifications de calcul ainsi présentées, on voit que la conditions selon laquelle le déclenchement est autorisé si les vecteurs Wh et Δ sont colinéaires de même sens se traduit par :
    • 1 la vérification d'une condition d'égalité d'angles:
      • αk = αn → les vecteurs WH et Δ sont dans un même plan vertical,
    • 2 la vérification d'une égalité de longueur (en projection dans le plan horizontal):
      • WHN = ΔN = Rc → en effet, dans le cas d'une chute verticale, la projection ΔN du vecteur Δ sur le plan horizontal est une constante Rc (voir figure 6) qui est calculée sur trajectoire en fonction des coordonnées relatives du sous projectile et de la cible.
  • On notera par ailleurs qu'indépendamment de son orientation, et comme cela a déjà été précisé en référence à la figure 6, la longueur WHN est facilement calculable à partir de l'altitude du sous projectile 15 : W HN = R = Zp . tan β .
    Figure imgb0004
  • A titre de contrôle de mesure on pourra donc éventuellement mettre en oeuvre un altimètre (par exemple de technologie laser) pour mesurer Zp et vérifier la valeur calculée de la norme de WHN.
  • A titre d'application numérique, si on met en oeuvre l'invention pour un sous projectile 15 qui est animé d'une vitesse de descente de 45 mètres par seconde, d'une vitesse de rotation sur lui-même de 15 tours par seconde et ayant un angle d'inclinaison de sa direction WH : β=30°, on obtient avec une altitude de déclenchement du tir de 100 mètres une précision de tir (rayon du cercle équiprobable) : CEP = 6 mètres.
  • Un tel résultat est obtenu avec des écarts types sur les mesures du positionneur GPS 11 de l'ordre de 3m, un écart type sur les angles calculés de l'ordre de 2°, et un écart type sur l'altitude de l'ordre de 5 mètres.
  • La précision de tir obtenue est remarquable alors que le sous projectile 15 est totalement dépourvu de moyens de détection de cible.
  • A titre de variante on pourra mettre en oeuvre le procédé selon l'invention pour un module d'attaque qui est déjà pourvu de moyens de détection de cible, par exemple un senseur infrarouge.
  • Dans ce cas l'étape E de la figure 4 sera suivie d'un autre test qui correspondra à la vérification de la présence d'une cible ayant les caractéristiques infrarouges attendues (un tel moyen de détection est classique et déjà mis en oeuvre aujourd'hui).
  • Le procédé selon l'invention ne commande pas alors lui-même le déclenchement du module d'attaque mais il apporte une condition supplémentaire à la simple détection de cible.
  • On peut ainsi assurer que, quelles que soient les cibles potentielles présentes sur le terrain, le déclenchement du module d'attaque ne se produira qu'en direction d'une zone de terrain bien déterminée et programmée avant tir ou sur trajectoire.
  • On augmente ainsi la sécurité d'emploi des modules d'attaques et on limite les effets collatéraux des attaques.
  • D'autres modes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Il est possible ainsi de mettre en oeuvre l'invention avec un module d'attaque comportant plusieurs directions d'action WH. Par exemples des modules d'attaque comportant des charges multi modes programmables avant tir ou sur trajectoire. Les calculs décrits précédemment peuvent être réalisés pour plusieurs directions d'action d'un module d'attaque donné. Il suffira de définir quelle est la direction d'action opérationnelle, donc sur laquelle il faut appliquer les conditions d'autorisation de tir permises par l'invention.
  • Les exemples décrits ont fait référence à la détermination d'une direction d'action WH dont l'intersection au niveau du sol est ponctuelle. Il est bien entendu possible, en particulier lorsque le module d'attaque incorpore une charge à éclats, de déterminer, en plus de l'orientation moyenne du vecteur WH, la valeur de la surface au niveau du sol qui est couverte par la gerbe d'éclats. Cette surface est facile à calculer en introduisant dans le projectile ou sous projectile la valeur de l'angle d'ouverture du cône de la gerbe d'éclats engendrés (angle solide centré sur la direction WH).
  • On pourra alors donner lors de la programmation initiale du module d'attaque, non pas les coordonnées d'une cible ponctuelle au sol, mais les coordonnées d'une surface au sol dans laquelle le tir est autorisé.
  • L'algorithme décrit précédemment permettra alors de vérifier si la gerbe d'éclats engendrés se situera ou non dans la surface de tir autorisé.

Claims (13)

  1. Procédé de commande du déclenchement d'un module d'attaque (2,15), tel un projectile (2) ou un sous projectile (15), module d'attaque ayant au moins une direction d'action déterminée (WH), procédé caractérisé par les étapes suivantes:
    - on programme avant tir ou sur trajectoire les coordonnées d'au moins une cible (3) dans un repère terrestre fixe (4),
    - on réalise au moins une détermination sur trajectoire de l'orientation de la ou des direction(s) d'action (WH) dans le repère terrestre fixe (4),
    - on n'autorise le déclenchement du module d'attaque (2,15) que si la direction d'action (WH) se trouve orientée en direction de la cible (3).
  2. Procédé de commande du déclenchement d'un module d'attaque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination de l'orientation de la direction d'action (WH) par rapport au repère terrestre fixe (4) est effectuée en mesurant l'orientation du module d'attaque (2,15) par rapport à au moins deux composantes du champ magnétique terrestre, les composantes du champ magnétique terrestre étant par ailleurs connues dans le repère terrestre fixe (4).
  3. Procédé de commande du déclenchement d'un module d'attaque selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on réalise une mesure d'une distance module d'attaque (2,15)/ cible (3) à partir des coordonnées (XtYtZt) de la cible dans le repère terrestre fixe, programmées avant tir ou sur trajectoire, et des mesures des coordonnées (XpYpZp) du module d'attaque (2,15) dans le repère terrestre fixe (4), mesures effectuées sur trajectoire par un système (11) de positionnement par satellite ou bien transmises au module d'attaque à partir d'une plate-forme (1) dotée de moyens de trajectographie (13).
  4. Procédé de commande du déclenchement d'un module d'attaque selon la revendication 3 et plus particulièrement adapté à un projectile (2) ayant une trajectoire non verticale, procédé caractérisé en ce qu'on calcule sur trajectoire et dans un repère terrestre fixe (4) les coordonnées du vecteur (Δ) module d'attaque (2) / cible (3), calcul effectué à partir des coordonnées (XtYtZt) de la cible préprogrammées ainsi que de celles (XpYpZp) mesurées du module d'attaque (2) et on détermine à l'aide d'un compas magnétique tri-axial l'orientation de la direction d'action (WH) du module d'attaque (2) dans un repère terrestre fixe (4).
  5. Procédé de commande du déclenchement d'un module d'attaque selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour déterminer l'orientation de la direction d'action (WH) du module d'attaque (2) dans un repère terrestre fixe (4) on calcule les coefficients d'une matrice (T) de passage d'un repère lié au module d'attaque (2) vers le repère terrestre fixe (4), ces composantes étant calculées en associant, pour les points de la trajectoire (5) considérés, la mesure des composantes (HXm,HYm,HZm) du champ magnétique terrestre dans un repère lié au module d'attaque (2) et les valeurs des composantes (HX,HY,HZ) du champ magnétique dans le repère terrestre (4), ces dernières valeurs étant connues et préprogrammées dans le module d'attaque (2), l'indétermination de calcul étant levée par la détermination d'au moins une direction dans le repère terrestre d'un des axes d'un repère lié au module d'attaque (2).
  6. Procédé de commande du déclenchement d'un module d'attaque selon la revendication 5, caractérisé en ce que pour lever l'indétermination on calcule l'orientation de l'axe longitudinal (GXm) du module d'attaque (2) à partir d'un calcul de l'angle d'incidence (Inc) du projectile, calcul réalisé à partir des mesures de la trajectoire (5) suivie, de la vitesse (Vt) dans le repère terrestre (4), ainsi qu'à partir de la connaissance de la fonction de transfert aérodynamique du projectile (2).
  7. Procédé de commande du déclenchement d'un module d'attaque selon une des revendications 2 ou 3 et plus particulièrement adapté à un sous projectile (15) dispersé au-dessus d'une zone de terrain par un porteur et animé d'un mouvement de descente suivant un axe (16) sensiblement vertical ainsi que d'un mouvement de rotation autour de l'axe vertical de descente, la direction d'action (WH) étant inclinée par rapport à l'axe vertical (16) d'un angle (β) donné, caractérisé en ce que la détermination de l'orientation de la direction d'action (WH) dans le repère terrestre fixe (4) est alors effectuée à partir de la mesure des composantes du champ magnétique dans un plan horizontal qui est défini par deux capteurs magnétiques (14) portés par le module d'attaque (15), l'orientation de la direction d'action (WH) par rapport à ce plan étant par ailleurs connue ainsi que l'orientation du champ magnétique dans le repère terrestre fixe (4).
  8. Procédé de commande du déclenchement d'un module d'attaque selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on met également en oeuvre au niveau du module d'attaque (2,15) des moyens de détection de cible et en ce que l'on ne provoque le déclenchement du module d'attaque que si les conditions d'autorisation sont remplies et qu'une cible est par ailleurs détectée.
  9. Dispositif de commande du déclenchement d'un module d'attaque (2,15) ayant au moins une direction d'action déterminée, et mettant en oeuvre le procédé selon une des revendications précédentes, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (7) permettant de mémoriser les coordonnées d'au moins une cible (3) dans un repère terrestre fixe (4), des moyens (11) permettant de mesurer les coordonnées (XpYpZp) du module d'attaque (2,15) dans le repère terrestre fixe (4), ainsi que des moyens de calcul (7) permettant de déterminer sur trajectoire l'orientation de la direction d'action du module d'attaque dans le repère terrestre fixe, les moyens (20) assurant le déclenchement du module d'attaque (2) étant couplés aux moyens de calcul (7) de façon à n'autoriser un tel déclenchement que si la direction d'action (WH) se trouve orientée en direction de la cible (3).
  10. Dispositif de commande du déclenchement d'un module d'attaque selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens permettant de mesurer les coordonnées du module d'attaque (2,15) dans le repère terrestre fixe comprennent un récepteur GPS (11) et/ou un récepteur (12) de données de localisation transmises à partir d'une plate-forme distante.
  11. Dispositif de commande du déclenchement d'un module d'attaque selon une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux capteurs magnétiques fixes (14) permettant de déterminer l'orientation de la direction d'action du module d'attaque (2,15) par rapport au champ magnétique terrestre, des moyens mémoire (7) fournissant par ailleurs les composantes du champ magnétique terrestre dans le repère terrestre fixe (4).
  12. Dispositif de commande du déclenchement d'un module d'attaque selon la revendication 11, et plus particulièrement adapté à un projectile (2) ayant une trajectoire non verticale, dispositif caractérisé en ce que le module d'attaque (2) incorpore au moins trois capteurs magnétiques (14) et des moyens mémoire permettant de connaître les valeurs du champ magnétique terrestre dans un repère terrestre fixe (4) pour les différents points de la trajectoire (5), des moyens de calcul (7) permettant de déterminer à partir des différentes valeurs du champ magnétique terrestre, l'orientation du repère lié au module d'attaque (2) par rapport au repère terrestre (4) ainsi que les coordonnées du vecteur (Δ) module d'attaque (2) / cible (3) dans un repère terrestre fixe (4), et celles de la direction d'action (WH) du module d'attaque.
  13. Dispositif de commande du déclenchement d'un module d'attaque selon la revendication 11, et plus particulièrement adapté à un sous projectile (15) destiné à être dispersé au-dessus d'une zone de terrain par un porteur et animé après dispersion d'un mouvement de descente suivant un axe (16) sensiblement vertical ainsi que d'un mouvement de rotation autour de cet axe vertical, la direction d'action (WH) étant par ailleurs inclinée par rapport à l'axe vertical d'un angle (β) donné, dispositif caractérisé en ce que le module d'attaque (15) comporte au moins deux capteurs magnétiques (14) disposés suivant deux axes (GXm,Gym) d'un repère lié au module d'attaque (15), les deux axes définis par ces capteurs déterminant ainsi un plan qui sera perpendiculaire à l'axe (16) de chute vertical prévu, l'orientation de la direction d'action (WH) du module d'attaque (15) par rapport à ce plan horizontal étant connue.
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