FR2615616A1

FR2615616A1 - Procede et dispositif pour determiner le passage a l'apogee

Info

Publication number: FR2615616A1
Application number: FR8806646A
Authority: FR
Inventors: Karl-Heinz Lachmann; Lachmann Karl-Heinz
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung
Priority date: 1987-05-18
Filing date: 1988-05-18
Publication date: 1988-11-25
Anticipated expiration: 2008-05-18
Also published as: DE3716606C2; US4856733A; DE3716606A1; FR2615616B1

Abstract

ON EFFECTUE UNE ESTIMATION PARAMETRIQUE SUR LA BASE DE VALEURS MESUREES LIEES A L'ENVIRONNEMENT X, DONT LES VARIATIONS PRESENTENT LA MEME ALLURE LOGARITHMIQUE QUE LA COURBE BALISTIQUE B. LA MESURE RELATIVE, EN TEMPS REEL, DES VALEURS X, QUI PEUVENT ETRE DEPREFERENCE LA VARIATION EN FONCTION DU TEMPS DE LA PRESSION BAROMETRIQUE P ETOU DE LA TEMPERATURE T ETOU DE L'ANGLE DE TANGAGE DU SYSTEME DN A LIEU EN TEMPS REEL POUR L'ADAPTATION D'UN MODELE DYNAMIQUE PREDETERMINE A LA TRAJECTOIRE B EFFECTUEE PAR ADAPTATION PAR RECURRENCE DES PARAMETRES DU SYSTEME THEORIQUEMENT PREVU A LA TRAJECTOIRE B EFFECTIVE. A PARTIR DU MODELE AINSI ADAPTE A LA REALITE, ON PEUT CALCULER L'INSTANT DE PASSAGE A L'APOGEE TA AVEC UNE GRANDE PRECISION.

Description

-1 Procédé et dispositif pour déterminer le passage à L'apogée. La

présente invention concerne un procédé pour déterminer le passage à l'apogée à bord d'un projectile à lancement balistique en recueillant et en comparant une serie de valeurs de mesure variables spécifiques de la trajectoire, ainsi qu'un dispositif pour mettre en

oeuvre ce procédé.

On connaît de tels moyens par le brevet US n'4.606 514 ou par le brevet US n'3.332.642, o l'on observe à bord du projectile la variation avec le temps de valeurs de mesure de pression ou d'accélération qui passe par un extremum à l'apogée d'une courbe

balistique, dont la dérivée s'annule donc à l'apogée.

En fait, une telle détermination d'apogée est assez imprécise, en particulier dans le cas de trajectoires à faible pente, qui ne présentent pas d'apogée très marqué; en particulier, on ne peut constater, à partir de telles mesures, que relativement tardivement après le passage effectif à l'apogée, sur la branche déjà redescendante de la courbe, que l'apogée a déjà été franchi. Cependant, du fait que le mode de fonctionnement d'un pilote automatique, qui doit fait passer un projectile à tir balistique, après le passage à l'apogée, sur une trajectoire de glissement de géométrie prédéterminée, qui nécessite à un instant défini sur la trajectoire balistique un angle d'inclinaison longitudinale donné, comme référence de position pour le pilotage automatique, et que la référence de position la plus simple à obtenir est la position horizontale de l'axe longitudinal du projectile à l'apogée, il faut rechercher, pour un fonctionnement précis du pilote automatique, une détermination aussi précise que possible de l'instant de passage à l'apogée (avec transmission au pilote automatique de la position instantanée du système comme

référence de position horizontale).

2. Compte tenu de ces données, l'invention a pour objet de permettre une détermination beaucoup plus précise de l'instant de passage à l'apogée relatif sur la trajectoire balistique, avec un coût technique supplémentaire correspondant aux détecteurs et au traitement des informations & bord du projectile

acceptable.

Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, après l'obtention.d'une attitude de vol stable. sur la trajectoire balistique, on détecte de façon répétée des variations de valeurs de mesure liées à l'environnement ou au système dépendant de la trajectoire, on compare la variation des valeurs de mesure à des variations prédites à partir-d'un modèle mathématique paramétrique du comportement du projectile, on adapte les paramètres du modèle au mouvement effectif du projectile sur la base de l'évolution effective des valeurs de mesure, et l'on calcule l'instant de passage à l'apogée de la trajectoire balistique à partir du modèle avec les paramètres adaptés de façon récurrente, et l'on prévoit un circuit de calcul avec un modèle du mouvement attendu du projectile sur la trajectoire balistique, ainsi qu'avec un comparateur de polynômes pour les paramètres ouverts du système correspondant à la courbe modèlisée qui reçoit des valeurs de mesure de détecteurs de variables liées à l'environnement ou au système pour la correction des paramètres du système estimés prévisionnellement en les adaptant selon le comportement cinématique balistique effectif du

projectile.

Ainsi, la solution conforme à l'invention pour la détermination de l'instant de passage à l'apogée sur la trajectoire balistique de lancement d'un projectile guidé repose sur un procédé d'estimation de paramètres sur la base de courbes de variation de valeurs de mesure liées au système et/ou à l'environnement à bord du projectile, les variations de valeurs de mesure mesurées étant comparées à des variations de valeurs de mesure (relatives) prévues à partir d'un modèle de

prédiction mathématique de comportement du projectile.

On effectue ainsi à bord du projectile, en s'appuyant sur des variations de valeurs de mesure effectivement constatées, avec les gradients de valeur de mesure en fonction du temps une prédiction de la variation des valeurs de mesure correspondant à la trajectoire balistique selon les méthodes des procédés d'estimation des paramètres par récurrence, tels qu'on en décrit avec davantage de détails, par exemple dans Lachmann "Parameteradaptive Regel-algorithmen fur bestimnte Klassen nicht-linearer Prozesse mit eindeutigen Hichtlineariteten" (soit: "algorithmes d'adaptation automatique de paramètres pour certaines classes de processus non-linéaires à non-linéarités définies") (Fortschrittsberichte der VDI-Zeitschriften Serie 8 n' 66, 1983) et l'on s'y reportera en particulier au

chapître 4, "Rekursive Parameterschâtzung im parameter-

adaptiven Regelkreis" (soit: "estimation de paramètres par récurrence dans l'asservissement d'adaptation des

paramètres").

Ainsi on effectue pendant le trajet un ajustement adaptatif de la trajectoire (attendue) prévue à partir d'essais ou de considérations de modèles, en se basant sur des variations en fonction de l'altitude de valeurs de mesure de la trajectoire parcourue effectivement à un instant et, à partir de la

description mathématique de la trajectoire

effectivement parcourue, alors disponible à bord du projectile, on peut calculer la durée (encore à attendre ou déjà écoulée) par rapport au passage à l'apogée. Le résultat de la mesure d'apogée relativement mal défini antérieurement est donc maintenant remplacé, selon la solution préconisée par l'invention, par un instant de passage à l'apogée

calculé de façon bien définie.

Les diverses grandeurs influençant les valeurs de mesure qui sont à la base de l'adaptation de la trajectoire peuvent à vrai dire aboutir à des instants

de passage à l'apogée résultant du calcul différents.

Selon un développement approprié de la solution conforme à l'invention, on s'appuie sur l'instant de passage à l'apogée résultant de l'équation de traJectoire adaptée, qui s'avère être l'instant de passage à l'apogée le plus probable, en raison des considérations statistiques sur les divers instants de passage à l'apogée calculés pour la poursuite du

fonctionnement du pilote automatique du projectile.

Alors que le traitement des grandeurs mesurées peut être effectué dans un processeur de signaux, il convient d'effectuer l'adaptation de la trajectoire effectivement parcourue reposant sur l'estimation des paramètres par récurrence dans le pilote automatique présent de toutes façons, du fait que, pour ses processus de réglage, un modèle mathématique du comportement balistique dynamique du projectile est mémorisé de toutes façons, lequel peut ainsi être actualisé précisément selon le comportement effectif du projectile. On va décrire à présent l'invention avec davantage de détails au moyen d'un exemple de réalisation représenté sur le dessin annexé, de façon schématique et se limitant à l'essentiel, et non & l'échelle, dont: la figure 1 est une vue en élévation, dans le plan de tangage, du passage d'une trajectoire de tir balistique à une trajectoire de glissement tendue d'un projectile guidé, la figure 2 est un schéma modulaire fortement simplifié de la détermination du passage à l'apogée de la trajectoire balistique, effectuée de façon autonome à bord du projectile guidé, et la figure 3 représente une variante de montage

de détection d'apogée par rapport à la figure 2.

La trajectoire balistique 8 d'un projectile 12 tiré à partir d'un tube d'arme 11l -est déterminée essentiellement à partir de la puissance de tir et de l'inclinaison de tir à l'instant initial ts. Lorsqu'on connaît ces conditions initiales, on peut donc déterminer l'apogée A et l'instant de passage à l'apogée ta. On peut en extrapoler alors l'instant de changement de mode de guidage optimum tu o l'on doit passer du comportement cinématique sensiblement balistique du projectile 12 à une trajectoire de glissement tendue -G, guidée, d'angle d'inclinaison beaucoup plus proche de l'horizontale, à partir de laquelle doit alors avoir lieu l'exploration d'un terrain visé pour rechercher une cible à attaquer en fin de compte (non représentée sur le dessin). Pour ce changement de trajectoire au point de changement de mode de guidage U à partir de la trajectoire balistique B qui est effectuée automatiquement par la commande programmée et le fonctionnement asservi d'un pilote automatique à bord du projectile 12, il faut une référence d'angle de tangage inertielle, donc la connaissance de l'angle de tangage n pris effectivement par le projectile 12-dans l'espace <donc par rapport à l'horizontale H) à un instant t déterminé sur la trajectoire B, avant d'atteindre ce point de changement de mode de guidage U. Pour cette référence d'attitude pour le fonctionnement du pilote automatique, il convient de prendre, en particulier la position de l'axe longitudinal L parallèle à l'horizontale H, qui est prise avec une très bonne approximation lorsque le projectile passe à l'apogée balistique A. Comme grandeur de référence pour le réglage de l'angle de tangage dans l'espace par le pilote automatique, on lui transmet donc le signal initial n d'un gyroscope de détection de variation d'angle de tangage 13 à l'instant du passage à l'apogée ta en tant qu'horizontale H. Par rapport à cette position de référence, on obtient alors & partir de l'équation de la trajectoire balistique B, à l'instant de changement de mode de guidage tu, l'angle d'inclinaison

longitudinal (angle de tangage) nu effectif.

Pour garantir le passage à la trajectoire de glissement G selon le réglage de trajectoire prédéterminé, il faut donc rechercher une détermination aussi exacte que possible de l'instant de passage à l'apogée, et cela, dans le cas d'une détermination à partir d'informations disponibles à bord du projectile 12, sans avoir à introduire manuellement dans le programme du tir des données pour la caractérisation de la trajectoire balistique B effective, En conséquence, on capte et l'on traite à bord du projectile 12, après qu'il ait atteint une attitude de vol stable, des séries de valeurs de mesure x, dont la variation avec le temps x(t) dépend, pour des raisons physiques <liées au système ou à l'environnement), du point instantanément atteint sur une trajectoire balistique B. De telles valeurs de mesure x sont, dans l'environnement (à l'extérieur) du projectile 12, par exemple, la pression barométrique (dépendant de l'altitude) p ou la température extérieure T variant avec l'altitude h; en effet, ces valeurs de mesure x(t) dépendant de la trajectoire et, par suite, du temps, présentent toutes deux, au somment ou apogée A de la trajectoire B, un extremum, ce qui veut dire que la dérivée première par rapport au temps s'annule à l'apogée A. Comme valeur de mesure x se basant sur le comportement cinématique du projectile 12 lui-même, qu'on appelle ici valeur de mesure x liée au système, il convient en particulier d'utiliser l'information sur la variation de l'angle d'inclinaison longitudinal

(de tangage) dn fournie par le gyroscope 13.

Il est avantageux qu'il n'y ait pas besoin de détermination absolue des instants de mesure tx, ni de détermination absolue des valeurs de mesure x, du fait qu'il ne s'agit que d'un comportement déterminé de la variation des valeurs de mesure dx à l'instant relatif défini ta, & partir duquel on peut alors mesurer la durée Jusqu'à l'atteinte de l'instant de changement de mode de guidage prédéterminé tu (par rapport au passage

à l'apogée à l'instant ta).

De préférence, on détermine et on traite des valeurs de mesure x différentes qui entraînent en fait une dispersion des instants de passage à l'apogée calculés tax en fonction des diverses grandeurs d'influence liées à l'environnement et de l'importance de la pente de la trajectoire balistique B. Cependant, à partir de cette dispersion des valeurs tax, on peut alors, par les procédés statistiques usuels, comme la moyenne pondérée, déterminer d'autant plus précisément l'instant de passage effectif à l'apogée. Une telle prise de moyenne peut déjà être effectuée avant d'atteindre l'apogée A avec des instants de passage à l'apogée tax extrapolés par le calcul; cependant, il est également suffisant de calculer après coup, à partir de la variation tax se produisant effectivement, après le passage à l'apogée A, par les équations mathématiques connues du mouvement sur une trajectoire balistique B, l'instant ta du passage à l'apogée qui a déjà eu lieu, et de transmettre au pilote automatique, comme référence de position, l'angle d'inclinaison longitudinal na mémorisé en se rattachant-à cet instant

ta passé.

En se référant à la figure 2, le projectile 12 est donc pourvu d'un dispositif de traitement 14 dont le fonctionnement est, par exemple par l'intermédiaire d'une minuterie 15, déclenché lorsque le projectile 12 a une trajectoire balistiquement stable après le tir, ce déclenchement pouvant avoir lieu, par exemple, sous l'action du pilote automatique 16 présent de toutes façons à bord d'un tel projectile guidé 12. Pour détecter des valeurs de mesure x liées à l'environnement, le projectile 12 comporte des détecteurs 17, par exemple pour détecter la pression barométrique extérieure p et/ou la température

extérieure T (les deux varient en fonction de-

l'altitude instantannée H sur la trajectoire). Des convertisseurs 18 fournissent des grandeurs de sortie proportionnelles aux valeurs de mesure x qui (par exemple sous la commande de la minuterie 15) sont lues et numérisées périodiquement dans des quantificateurs ap aTplmos w-el I uepuodsaioo q. asaodgwI i aisssgd ap. iuwsuT,tge unelelodWlxa un oasw oauTm.azsp

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la trajectoire B (rétrospectivement ou prévision-

nellement) en tant que l'instant t (dx = 0).

Du fait que, comme on l'a expliqué, à partir de valeurs de mesure x différentes, on détermine différents instants de passage à l'apogée ta, on intercale en aval des extrapolateurs 26 correspondant aux différentes valeurs de mesure x, de façon appropriée, un montage sélecteur 27. Dans celui-ci, selon les critères de la statistique mathématique (par exemple, par le calcul de la moyenne), on évalue les différents instants tax déterminés, pour indiquer finalement un instant de passage à l'apogée ta déterminant pour le fonctionnement du pilote automatique. Lorsqu'on s'intéresse, pour le cas d'utilisation

particulier, à l'altitude d'apogée ha, on peut aussi la-

calculer à partir des relations physiques de l'allure logarithmique de la pression barométrique p le long de la traJectoire balistique B, sans avoir besoin d'une information de pression absolue (par exemple, au lieu de tir) pour cela. Cela permet d'augmenter encore la précision de la détermination de l'instant de changement de marche tu à partir de la valeur de mesure

x = p déterminée exclusivement à bord du projectile 12.

La variante de circuit de calcul 21' représenté sur la figure 3, destiné à la détection de l'apogée à partir des variations de chacune des valeurs de mesure déterminées dx, permet d'expliquer le processus d'estimation du modèle. Avec les gradients de valeurs de mesure dx, on introduit des modèles d'estimation paramétrique individuels 28 qui sont (comme on l'a expliqué précédemment) des modèles d'état non-linéaires du comportement du gradient de valeur de mesure respectif, par exemple du gradient de pression dp, du gradient de température dT et du gradient d'angle de tangage dn, chaque fois par rapport à la durée relative dt. Les valeurs obtenues à partir de ce modèle non linéaire représentent les paramètres estimés du modèle avec lesquels on introduit des modèles de prédiction 29, pour prévoir la variation avec le temps du gradient de valeur de mesure dx mentionné. A partir de ces variations avec le temps prévues, on détermine chaque fois au moyen de détecteurs d'extrema 30 à quel instant relatif l'extremum de force puissance prédictive de chaque variation avec le temps se présente, et une logique de décision sous la forme d'un montage sélectif 27 fournit l'instant de passage à l'apogée ta recherché, par exemple à partir d'un calcul de moyenne sur les différents instants d'extrema ou à partir de considérations statistiques sur leur distribution (par exemple selon le test du "chi2"), par exemple en déterminant une valeur de temps représentative ta à

partir de la dispersion des valeurs individuelles.

-R..VE-'DICATIONS

1. -- Procédé pour déterminer le passage à l'apogée & bord d'un projectile & lancement balistique en recueillant et en comparant une série de valeurs de mesure variables spécifiques de la trajectoire, caractérisé en ce qu'après obtention d'une attitude de vol stable sur la trajactoire balistique, on détecte de façon répétée des variations de valeurs de mesure liées à l'environnement ou au système dépendant de la trajectoire, on compare la variation des valeurs de mesure à des variations prédites à partir d'un modèle mathématique paramétrique - du comportement du projectile, on adapte les paramètres du modèle au mouvement effectif du projectile sur la base de l'évolution effective des valeurs de mesure, et l'on calcule l'instant de passage à l'apogée de la trajectoire balistique à partir du modèle avec les

paramètres adaptés de façon récurrente.

2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on tire l'adaptation par récurrence des paramètres de variations de valeurs de

mesure différentes.

3. - Procédé selon l'une quelconque des

revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'une des

valeurs de mesure est la pression barométrique dans

l'environnement du projectile.

4. - Procédé selon l'une des revendications

précédentes, caractérisé en ce que l'une des valeurs de mesure est la température du milieu entourant le projectile.

5. - Procédé selon l'une des revendications

précédentes, caractérisé en ce que l'une des valeurs de mesure est la variation de -l'angle de tangage

déterminée à bord du projectile.

6. - Dispositif (14) pour déterminer l'instant (ta) de passage à l'apogée à bord d'un projectile (12) lancé sur une trajectoire balistique (B) en receuillant et en comparant une série de valeurs de mesure (x) variant d'une façon spécifique à la trajectoire, caractérisé en ce qu'on prévoit un calcul de calcul (21) avec un modèle (22) du mouvement attendu du projectile sur la trajectoire balistique (B) ainsi qu'avec un comparateur de polynômes (23) pour les paramètres ouverts du système (coefficients r) correspondant & la courbe modélisée qui reçoit les valeurs de mesure (x) à partie de détecteurs de variables fixées à l'environnement ou au système (17) afin de corriger, en les adaptant, les paramètres du système estimés prévisionnellement selon le comportement cinématique balistique effectif du

projectile (12).

7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un soustracteur (25) est intercalé

à la suite du détecteur (17).

8. - Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'on prévoit

un détecteur (17) pour détecter la pression

barométrique (p) de l'environnement.

9. - Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'on prévoit

un détecteur (17) pour détecter la température (T) de

l'environnement.

10. - Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 6-à 9, caractérisé en ce qu'on prévoit

un gyroscope sensible à la variation d'angle de tangage (13) comme détecteur (17) pour détecter la variation

d'angle de tangage (dn) du système.