FR2633041A1 - Procedes et dispositifs pour determiner les positions et les dimensions de plusieurs objets ou evenements situes sur une surface connue - Google Patents
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- F41G3/14—Indirect aiming means
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Abstract
L'invention a pour objet des procédés et des dispositifs pour déterminer les positions et les dimensions de plusieurs événements situés sur une surface connue. Un dispositif selon l'invention, pour déterminer les positions d'une pluralité d'impacts de projectiles 2, 3, 4 sur une surface connue 1, par exemple sur la surface de la mer, comporte un hélicoptère 5 qui survole la zone des impacts, une station radar 6 qui suit l'hélicoptère, une station de réception de télémesures 7 et un calculateur 7a. L'hélicoptère porte une plateforme articulée autour de deux axes orthogonaux, laquelle plateforme porte une caméra vidéo, une ou deux caméras cinématographiques et des moyens pour mesurer le cap de l'hélicoptère et les angles de roulis et de tangage de la plateforme et pour transmettre ces mesures à la station réceptrice 7. Une application est la conduite des tirs d'essais de systèmes d'armes à projectiles multiples.
Description
Procédés et dispositifs
pour déterminer les positions et les dimensions de plusieurs objets ou évènements situés sur une surface connue.
pour déterminer les positions et les dimensions de plusieurs objets ou évènements situés sur une surface connue.
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet des procédés et des dispositifs pour déterminer les positions et les dimensions instantanées de plusieurs objets ou événements situés -; sur une surface géométrique connue.
La présente invention a pour objet des procédés et des dispositifs pour déterminer les positions et les dimensions instantanées de plusieurs objets ou événements situés -; sur une surface géométrique connue.
Le secteur technique de l1invention- est celui des télémesures.
Dans le domaine militaire, on pratique des tirs d'essais de projectiles multiples, par exemple d'engins composés d'une pluralité de roquettes contenant chacune une pluralité de grenades.
Actuellement, pour déterminer les positions des points d'impacts de chaque grenade, on effectue des tirs dans des déserts, après quoi des militaires se rendent sur le terrain pour relever les traces des impacts et on dresse une carte représentant les positions de ces impacts et les enveloppes des impacts correspondant à chaque roquette qui sont tirées les unes après les autres.
Ce procédé exige un temps demeure important, il présente des risques pour le personnel qui effectue les relevés sur le terrain et chaque champ de tir n'est utilisable que peu de fois car il devient rapidement difficile de différencier les impacts correspondant à des tirs d'essai différents. De plus, lors de tirs en salve, il est impossible par ce procédé d'obtenir des informations séparées sur chaque tir d'une même salve.
Un objectif de la présente invention est de procurer de nouveaux moyens permettant de déterminer avec précision les positions instantanées et les dimensions de plusieurs objets ou événements même très fugitifs, situés sur une surface géométrique connue et qui permettent donc de réaliser des tirs d'essais sur la mer et de déterminer les positions et les dimensions d'une pluralité d'impacts simultanés ou successifs.
Un autre objectif de la présente invention est de procurer des moyens permettant de déterminer les impacts d'engins, tels que des-obus ou des bombes tirés en salves ou d'engins à tête multiple ou à fragmentation.
Un autre objectif de la présente invention est de procurer des moyens de détermination des positions des impacts ayant une précision suffisante pour être appliqués aux tirs d'essai officiels destinés à la recette de systèmes d'armes
Les objectifs de l'invention sont atteints par la mise en oeuvre d'un procédé qui comporte la suite d'opérations suivantes
- on survole ladite surface par un aéronef guidé par une station radar qui mesure continuellement le gisement, le site et la distance dudit aéronef à des instants donnés par rapport à un référentiel fixe lié à ladite station radar, lequel aéronef est équipé d'une plateforme montée pivotante autour d'un axe longitudinal et d'un axe transversal, laquelle plateforme porte au moins une caméra vidéo et au moins une caméra cinématographique ayant des axes optiques parallèles qui sont placés en regard d'une ouverture située dans le plancher dudit aéronef et porte, en outre, des moyens pour mesurer le cap et les angles de rotation en roulis et en tangage de ladite plateforme pivotante;
- on oriente pendant le vol les axes optiques desdites caméras, de sorte que la zone où se situent lesdits évènements ou objets se trouvent dans le champ desdites caméras et on filme lesdits objets ou évènements;
- on transmet par voie herzienne à une station de réception située au sol les mesures relevées par lesdits moyens de mesure du cap, du roulis et du tangage et les impulsions émises par une horloge électronique embarquée à bord dudit aéronef;;
- on visualise les images prises par l'une des caméras et l'on détermine par rapport à un référentiel lié à ladite caméra les directions des vecteurs reliant le point nodal de ladite caméra aux images desdits événements ou objets;
- on entre dans un ordinateur les mesures relevées par ladite station radar, les mesures transmises au sol par l'aéronef et les directions desdits vecteurs et on programme ledit ordinateur pour qu'il calcule les directions desdits vecteurs par rapport à un référentiel fixe déterminé et les coordonnées des intersections desdits vecteurs avec ladite surface connue.
Les objectifs de l'invention sont atteints par la mise en oeuvre d'un procédé qui comporte la suite d'opérations suivantes
- on survole ladite surface par un aéronef guidé par une station radar qui mesure continuellement le gisement, le site et la distance dudit aéronef à des instants donnés par rapport à un référentiel fixe lié à ladite station radar, lequel aéronef est équipé d'une plateforme montée pivotante autour d'un axe longitudinal et d'un axe transversal, laquelle plateforme porte au moins une caméra vidéo et au moins une caméra cinématographique ayant des axes optiques parallèles qui sont placés en regard d'une ouverture située dans le plancher dudit aéronef et porte, en outre, des moyens pour mesurer le cap et les angles de rotation en roulis et en tangage de ladite plateforme pivotante;
- on oriente pendant le vol les axes optiques desdites caméras, de sorte que la zone où se situent lesdits évènements ou objets se trouvent dans le champ desdites caméras et on filme lesdits objets ou évènements;
- on transmet par voie herzienne à une station de réception située au sol les mesures relevées par lesdits moyens de mesure du cap, du roulis et du tangage et les impulsions émises par une horloge électronique embarquée à bord dudit aéronef;;
- on visualise les images prises par l'une des caméras et l'on détermine par rapport à un référentiel lié à ladite caméra les directions des vecteurs reliant le point nodal de ladite caméra aux images desdits événements ou objets;
- on entre dans un ordinateur les mesures relevées par ladite station radar, les mesures transmises au sol par l'aéronef et les directions desdits vecteurs et on programme ledit ordinateur pour qu'il calcule les directions desdits vecteurs par rapport à un référentiel fixe déterminé et les coordonnées des intersections desdits vecteurs avec ladite surface connue.
Un procédé selon l'invention utilisé pour déterminer les positions et les dimensions des points d'impact sur la mer de plusieurs projectiles tirés simultanément et/ou successivement comporte les opérations suivantes
- on filme la surface de la mer pendant des tirs d'essais de projectiles à partir d'un aéronef-qui survole la zone d'impacts;
- on détermine sur les films les images des points d'impact sur la mer;
- on détermine par rapport à un référentiel lié à la caméra les directions des vecteurs reliant le point nodal de la caméra à chacun desdits points d'impact;
- et on programme un ordinateur pour calculer, par rapport à un référentiel fixe, les directions desdits vecteurs à chaque instant et les coordonnées des intersections desdits vecteurs avec la surface de la mer.
- on filme la surface de la mer pendant des tirs d'essais de projectiles à partir d'un aéronef-qui survole la zone d'impacts;
- on détermine sur les films les images des points d'impact sur la mer;
- on détermine par rapport à un référentiel lié à la caméra les directions des vecteurs reliant le point nodal de la caméra à chacun desdits points d'impact;
- et on programme un ordinateur pour calculer, par rapport à un référentiel fixe, les directions desdits vecteurs à chaque instant et les coordonnées des intersections desdits vecteurs avec la surface de la mer.
Selon un procédé préférentiel, une caméra vidéo est connectée à un moniteur vidéo, situé à bord dudit aéronef et un opérateur placé devant l'écran dudit moniteur vidéo agit sur deux cannes qui lui permettent de faire pivoter ladite plateforme pivotante autour de deux axes orthogonaux afin de maintenir constamment l'axe de ladite caméra vidéo pointé vers la zone où se situent lesdits évènements ou objets ou impacts à filmer.
Un dispositif selon l'invention comporte
- une station radar fixe;
- une station de réception de télémesures;
- au moins un calculateur;
- et un aéronef qui survole ladite zone, lequel aéronef est équipé d'une plateforme pivotante, qui est placée en regard d'une ouverture située dans le plancher dudit aéronef, laquelle plateforme comporte un bâti mobile qui est articule autour de deux axes orthogonaux, un axe de roulis parallèle à l'axe longitudinal de l'hélicoptère et un axe de tangage transversal, lequel bâti porte au moins une caméra cinématographique et des moyens pour mesurer le cap de l'aéronef et les angles de rotation en roulis et en tangage dudit bâti pivotant et ledit aéronef comporte des moyens pour transmettre lesdites mesures de cape de roulis et de tangage à ladite station de réception de télémesure.
- une station radar fixe;
- une station de réception de télémesures;
- au moins un calculateur;
- et un aéronef qui survole ladite zone, lequel aéronef est équipé d'une plateforme pivotante, qui est placée en regard d'une ouverture située dans le plancher dudit aéronef, laquelle plateforme comporte un bâti mobile qui est articule autour de deux axes orthogonaux, un axe de roulis parallèle à l'axe longitudinal de l'hélicoptère et un axe de tangage transversal, lequel bâti porte au moins une caméra cinématographique et des moyens pour mesurer le cap de l'aéronef et les angles de rotation en roulis et en tangage dudit bâti pivotant et ledit aéronef comporte des moyens pour transmettre lesdites mesures de cape de roulis et de tangage à ladite station de réception de télémesure.
L'invention a pour résultat la possibilité d'effectuer en mer des tirs d'essais de systèmes d'armes à projectiles multiples ou à tête multiples qui se répartissent sur une zone et de déterminer la position des impacts par rapport à un référentiel fixe et donc également la répartition de ces impacts, l'enveloppe de ceux-ci et, dans certains cas, les dimensions des impacts lorsque celles-ci sont suffisamment étendues pour être mesurées sur les films pris par un hélicoptère ou par tout autre aéronef survolant la zone d'impacts.
Le fait d'enregistrer des films permet de conserver une image des impacts malgré la brièveté de ceux-ci, image qui permet ensuite de déterminer en temps différé la direction des vecteurs reliant le point nodal de la caméra à chacun des impacts par rapport à la direction de l'axe optique de la caméra et à la position de cet axe en fonction du temps.
Les procédés et dispositifs selon l'invention peuvent être utilisés dans d'autres domaines, par exemple pour déterminer les positions des impacts de projectiles sur un champ de tir terrestre qui correspond à une surface connue, par exemple à une surface sensiblement plane sur laquelle chaque impact provoque un signe visible sur les films, par exemple un nuage de poussière ou de fumée ou une excavation dans le sol.
Des essais ont été réalisés sur des cibles ou mires posées sur le sol dans des positions déterminées et bien connues et ces essais ont montré que les procédés selon l'invention permettaient de déterminer la position de ces objets avec une précision suffisante pour les besoins des recettes de systèmes d'armes.
La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
La figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'un dispositif selon l'invention.
La figure 2 est une vue en perspective de la plateforme pivotante d'un dispositif selon l'invention.
Les figures 3, 4 et 5 sont respectivement une vue en plan, une vue en élévation et une vue de face des appareils montés sur la plateforme.
La figure 6 est une vue géométrique représentant les trois référentiels utilisés.
La figure 7 est un schéma des liaisons entre les appareils situés à bord de l'hélicoptère.
La figure 1 est une vue d'ensemble schématique des divers appareils qui composent un dispositif selon l'invention.
La figure 1 représente la surface 1 de la mer et, sur celle-ci, les traces des impacts de plusieurs tirs successifs, par exemple une gerbe 2 qui représente les remous encore visibles à la surface quelque temps après un premier groupe d'impacts simultanés, une gerbe 3, qui représente les retombées d'eau soulevées par un deuxième groupe d'impacts suivant de peu le premier groupe et une gerbe 4 qui représente les jets d'eau soulevés par un troisième groupe d'impacts.
Le repère 5 représente un hélicoptère qui se déplace au-dessus de la zone de tirs par- exemple à une hauteur de l'ordre de 3000 m.
L'hélicoptère 5 porte à son bord un ensemble de visée et de mesure qui comporte une plateforme orientable pouvant pivoter par rapport à l'hélicoptère autour de deux axes rectangulaires. Cette plateforme sera décrite en détail plus loin. Elle est équipée d'un système de pointage manuel, de systèmes de mesures optiques et optroniques et de moyens de mesure des mouvements de la plateforme par rapport à lthélicoptère. Cet ensemble permet de suivre et d'enregistrer les positions et les dimensions des évènements, en l'occurrence des points d'impact sur la mer, qui est une surface plane connue.
Le système de pointage manuel est composé d'une caméra vidéo, qui est montée sur la plateforme.et qui est connectée à un moniteur vidéo, sur lequel apparaissent les images situées dans le champ de 11 objectif de la caméra.
La plateforme porte deux manettes permettant de la faire pivoter respectivement autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal de la caméra (pointage en roulis) et autour d'un axe transversal à la caméra (pointage en tangage).
Les systèmes de mesure optiques et optroniques sont composés d'une première caméra optique, c'est-à-dire d'une caméra de cinéma ayant un objectif à focale courte pour permettre l'impression de plusieurs gerbes d'impacts sur une même image, de'une deuxième caméra optique ayant un objectif afocale longue pour affiner la mesure des dimensions des gerbes d'impact filmées une par une et d'une caméra de thermo-vision ou caméra infrarouge permettant de visualiser des objets ou des impacts même par temps couvert ou en cas de faible visibilité.
Le système de mesure des mouvements de la plateforme comporte une centrale de cap et de verticale qui est doublée de deux inclinomètres.
La figure 1 représente, en outre, une station radar 6 qui est une station fixe située au sol ou sur un navire en stationnement en un point déterminé. La situation de la station radar est telle qu'elle puisse voir clairement l'hélicoptère 5 pendant les tirs d'essai, lorsqu'il survole les gerbes d'impact 2, 3, 4.
L'hélicoptère est équipé d'un répondeur radar. Une station de mesure électromagnétique située au sol et couplée à la station radar permet de connaître, à tout instant, la position de l'héli- coptère par rapport à la station, position qui est déterminée par la distance d à laquelle se situe l'hélicoptère, ainsi que par le gisement et par le site de l'hélicoptère par rapport à un système de trois axes de référence liés à la station au sol qui constituent un référentiel fixe tel que précisé dans la figure 6.
La station radar permet de guider l'hélicoptère pour le positionner convenablement pendant les tirs d'essai.
La figure 1 représente, en outre, une station de réception de télémesures 7, qui est située au sol ou sur un navire.
L'hélicoptère est équipé d'un codeur qui effectue une conversion analogique à numérique des informations analogiques issues de la centrale de cap et de verticale et des inclinomètres et qui transmet ces informations numériques par voie herzienne à l'antenne de la station de réception 7. De plus, l'hélicoptère transmet au sol les images prises par la caméra vidéo du système de pointage.
Un dispositif selon l'invention comporte, en outre, un système de synchronisation constitué de deux horloges électroniques autonomes embarquées à bord de l'hélicoptère, qui ont été recalées avant le début des essais avec une horloge électronique située au sol. Le dispositif comporte, en outre, au moins un calculateur électronique 7a.
La figure 2 est une vue en perspective d'un mode de réalisation préférentiel de la plateforme orientable montée sur l'hélicoptère 5. La plateforme 8 comporte une plaque 9 qui est fixée à l'hélicoptère. Cette plaque a la forme d'un cadre rectangulaire fixe, qui entoure une ouverture rectangulaire 10 qui est centrée par rapport à l'ouverture située dans le plancher de l'hélicoptère.
La plateforme comporte, en outre, un cadre orientable 11, dont deux côtés opposés sont montés sur des articulations 12a, 12b, portées par deux pattes en forme d'équerre 13a, 13b, qui sont en appui sur des tampons amortisseurs 14a, 14b posés sur le cadre fixe 9.
Les deux articulations 12a, 12b déterminent un premier axe xxl qui est parallèle à l'axe longitudinal de l'hélicoptère et qui permet donc d'orienter le cadre il en roulis.
Avantageusement, les articulations 12a, 12b sont des pivots freinés, qui permettent une orientation en roulis de + 40 par rapport au plan du cadre 9, qui est sensiblement horizontal lorsque l'hélicoptère vole horizontalement.
La plateforme orientable comporte, en outre, un bâti orientable 15, en forme de chaise,formé de deux plaques 15a, I5b orthogonales entre elles.
Le bâti est monté pivotant par rapport au cadre pivotant 11, autour de deux articulsations 16a, 16b qui définissent un axe yy 1 transversal à l'hélicoptère qui passe par l'intersection des deux plaques 15a, 15b. Les rotations du bâti 15 autour de l'axe yyl permettent d'orienter le bâti de 3600.
L'ensemble formé par le cadre fixe 9, le cadre pivotant 11 et le bâti pivotant 15 constituent une plateforme pivotante ayant deux degrés de liberté : l'un en roulis (axe xxl) et l'autre en tangage (axe yyl).
Le cadre fixe 9 et le cadre pivotant 11 sont représentés sur la figure 2 avec des arrachements partiels pour la clarté du dessin.
Le bâti pivotant 15 porte les différents instruments de mesure équipant la plateforme.
Les figures 3, 4 et 5. sont respectivement une vue en plan, une vue en élévation longitudinale et une vue de devant des appareils montés sur le bâti 15 pivotant autour de l'axe transversal yyl.
On voit schématiquement sur ces figures
- une centrale de cap et de verticale 16;
- deux caméras de cinéma 17a et 17b;
- une caméra vidéo 18 qui est équipée d'un objectif à focale courte autorisant- un large champ de vision;
- une caméra thermique ou infrarouge 19;
- un contrepoids 20 pour l'équilibrage de la plateforme;
- deux inclinomètres 21a, 21b qui mesurent respectivement les angles d'inclinaison longitudinale et transversale;
- un boiter 22 contenant des circuits électroniques.
- une centrale de cap et de verticale 16;
- deux caméras de cinéma 17a et 17b;
- une caméra vidéo 18 qui est équipée d'un objectif à focale courte autorisant- un large champ de vision;
- une caméra thermique ou infrarouge 19;
- un contrepoids 20 pour l'équilibrage de la plateforme;
- deux inclinomètres 21a, 21b qui mesurent respectivement les angles d'inclinaison longitudinale et transversale;
- un boiter 22 contenant des circuits électroniques.
De plus, la plateforme comporte deux cannes 23a, 23b qui se terminent par des poignées manoeuvrables par un opérateur qui observe l'écran d'un moniteur vidéo 24. sur lequel apparat l'image délivrée par la caméra vidéo 18. Les deux cannes de pointage 23a, 23b permettent à l'opérateur de faire pivoter le bâti 15 respectivement autour des deux axes xxî et yyl.
Le dispositif qui vient d'être décrit permet de mettre en oeuvre deux procédés de mesure.
Un premier procédé de mesure en temps réel permet de relever des images et de les localiser approximativement.
Les étapes essentielles de ce premier procédé sont représentées sur le tableau synoptique 1 ci-dessous.
Plateforme de Mesures Optroniques embarquée
sur Hélicoptère
sur Hélicoptère
<tb> <SEP> Système <SEP> : <SEP> Système <SEP> : <SEP> Système <SEP> : <SEP> Système <SEP> : <SEP> Système
<tb> <SEP> de <SEP> : <SEP> C.C.V.
<tb>
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<tb>
<SEP> Pointage <SEP> : <SEP> Inclinomètres <SEP> : <SEP> Optique <SEP> : <SEP> Infrarouge <SEP> : <SEP> Radar
<tb> ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ <SEP> : <SEP> :
<tb> <SEP> Système <SEP> de <SEP> télémesure
<tb> [TL <SEP> J
<tb> <SEP> STATION <SEP> DE <SEP> TELEMESURE
<tb> <SEP> Enregistrement <SEP> des <SEP> mvts.
<tb>
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<tb>
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<SEP> de <SEP> la <SEP> plate <SEP> forme <SEP> sur
<tb> bandemagnéti <SEP> magnétique
<tb> <SEP> cALCCLATEUR!
<tb> <SEP> Visualisation <SEP> des
<tb> <SEP> images <SEP> vidéo
<tb> <SEP> Calcul <SEP> des <SEP> positions <SEP> Tableau <SEP> 1.
<tb>
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<tb>
Le pointeur situé à bord de l'hélicoptère devant l'écran du moniteur vidéo 24 oriente la plate forme pivotante en agissant sur les deux poignées 23a, 23b pour maintenir l'axe optique de la caméra vidéo pointé vers le centre de. la zone des impacts.
L'hélicoptère 5 est suivi par le radar et est guidé depuis le sol pour se trouver en position optima pour observer les impacts en toute sécurité.
La caméra vidéo infrarouge enregistre la trace thermique des impacts.
Les mesures analogiques de roulis et de tangage de la plateforme et de cap de l'hélicoptère fournies par la centrale de cap et la centrale de verticalité 16 ainsi que par les deux inclinomètres 21a, 21b sont échantillonnées et converties en valeurs numériques qui sont transmises par voie herzienne vers la station de télémesure 7 qui les capte.
On transmet également au sol les informations de temps délivrées par les horloges situées à bord de l'hélicoptère.
On transmet également au sol les images vidéo fournies par la caméra vidéo de pointage 18 et par la caméra vidéo infrarouge 19.
Le traitement en. temps réel consiste à visualiser sur des écrans de contrôle et à enregistrer sur magnétoscope les images prises par les deux caméras vidéo.
On enregistre les informations fournies par le radar sur les positions successives de l'hélicoptère qui permettent d'établir la trajectoire datée de celui-ci.
Pour cela, on relève sur la bande du calculateur équipant le radar, d'une part les angles de site et de gisements de l'axe électromagnétique de l'antenne du radar qui est constamment pointé sur lthélicoptère et, d'autre part, la distance à laquelle se trouve l'hélicoptère qui est donnée par le système de télémétrie du radar. On traite les informations numériques reçues par la station de réception 7 concernant les positions de la plateforme mobile 8, de manière à en déduire les paramètres définissant l'axe optique de la caméra vidéo et on calcule approximativement la position de chacun des impacts.
Ceci est possible, car le pointeur peut orienter l1axe de la caméra vidéo de manière à le centrer successivement et très momentanément sur chacun des impacts si le nombre de ceux-ci n' est pas très important.
Un deuxième procédé plus précis permet de déterminer en temps différé la position et les dimensions de chacun des impacts compris dans plusieurs gerbes d'impacts successives et de tracer l'enveloppe de chaque gerbe d'impacts.
Les calculs de position de chaque objet ou évènement à partir des mesures relevées utilisent trois référentiels qui sont représentés sur la figure géométrique 4.
Le premier préférentiel est lié à une des caméras cinématographiques 17a ou 17b, dont la position sur le bâti 15 de la plateforme pivotante 8 est bien déterminiée. Ce référentiel a pour origine le point nodal 0' de la caméra, un axe wwî confondu avec l'axe optique de la caméra et deux autres axes uuî et vvl qui sont perpendiculaires entre eux et qui sont contenus dans le plan focal de l'objectif de la caméra et paralleles respectivement au grand côté et au petit côté de la fenêtre de la caméra.
Le deuxième référentiel est lié à la plateforme pivotante 8 et, plus précisément au cadre pivotant 11. Il a pour axe des x l'axe xxl de rotation en roulis, pour axe des y, l'axe yyl de rotation en tangage et pour axe des z, l'axe zzl de rotation en lacet qui est perpendiculaire aux deux axes xxl et yyl. Par construction, l'axe xxl est l'axe longitudinal de l'hélicoptère.
Le troisième référentiel AENZ est un référentiel fixe lié à la station radar, qui comporte un axe AZ vertical, un axe des y horizontal AN orienté suivant le Nord LAMBERT et un axe de x AE Est-Ouest. L'origine A est confondue avec le centre de rotation de l'antenne du radar.
Le radar fournit les mesures du gisement y (t) et du site s(t) de l'antenne du radar pointée en permanence sur l'hélicoptère et le télémètre associé au radar fournit la mesure de la distance d(t) entre le radar et l'hélicoptère. A partir des valeurs de d et s, on peut calculer la hauteur h(t) de l'hélicoptère par rapport au plan AEN. Toutes ces valeurs sont fonctions du temps.
Chacun de ces trois référentiels se déduit des autres par des translations et des rotations connues, de sorte qu'une fois calculées les coordonnées ou les directions d'un vecteur par rapport
à l'un des référentiels, il est possible de calculer, par des formules mathematiques connues, les coordonnées ou les directions
dans un autre référentiel.
à l'un des référentiels, il est possible de calculer, par des formules mathematiques connues, les coordonnées ou les directions
dans un autre référentiel.
Ainsi, on passe du troisième référentiel au deuxième par
une translation égale au vecteur AO, dontla direction et la longueur
à chaque instant sont mesurées par le radar, et par des rotations
égales à l'angle de cap (rotation en lacet) et à l'angle de roulis
mesurées par la centrale de cap et. de verticale 16,
et par ull inclinomètre.
une translation égale au vecteur AO, dontla direction et la longueur
à chaque instant sont mesurées par le radar, et par des rotations
égales à l'angle de cap (rotation en lacet) et à l'angle de roulis
mesurées par la centrale de cap et. de verticale 16,
et par ull inclinomètre.
De même, on passe du deuxième au premier référentiel par
une translation gale au vecteur 00' dont la longueur est constante
et dont la directif:: varie avec les angles de roulis et de tangage
du bâti orientable 15 et par une rotation.
une translation gale au vecteur 00' dont la longueur est constante
et dont la directif:: varie avec les angles de roulis et de tangage
du bâti orientable 15 et par une rotation.
Un ou plusieurs ordinateurs sont programmés pour exécuter
des algorithmes de calcul dont les étapes essentlelles sont repré
sentées sur le tableau synoptique 2 ci-apres, sans entrer dans le
détail des calculs mathématiques (Tableau NO. 2).
des algorithmes de calcul dont les étapes essentlelles sont repré
sentées sur le tableau synoptique 2 ci-apres, sans entrer dans le
détail des calculs mathématiques (Tableau NO. 2).
La partie gauche du tableau 2 représente le traitement
des mesures qui sont effectuées par les appareils montés sur la
plateforme pivotante qui sont représentés sur la figure 7.
des mesures qui sont effectuées par les appareils montés sur la
plateforme pivotante qui sont représentés sur la figure 7.
On voit sur cette figure une source d'alimentation en
courant continu 25, qui est constituée par une batterie d'accumulateurs
qui délivre une tension continue de 27 V. Le repère 26 représente
un convertisseur qui transforme cette tension en trois tensions
+ 15 V et + 5 V, qui alimentent les appareils.
courant continu 25, qui est constituée par une batterie d'accumulateurs
qui délivre une tension continue de 27 V. Le repère 26 représente
un convertisseur qui transforme cette tension en trois tensions
+ 15 V et + 5 V, qui alimentent les appareils.
Le repère 27 représente un convertisseur statique qui
délivre une tension de 115 V, qui alimente les circuits électroniques
associés aux centrales de cap et de verticale 16.
délivre une tension de 115 V, qui alimente les circuits électroniques
associés aux centrales de cap et de verticale 16.
Les repères 28a, 28b, 28c et 28d représentent des
boîtiers de commande.
boîtiers de commande.
On retrouve sur ce schéma la caméra vidéo 18, la caméra
infrarouge 19, une caméra cinématographique à courte focale 17a
et une caméra cinématographique à longue focale 17b, ainsi que les
deux inclinomètres 21a et 21b.
infrarouge 19, une caméra cinématographique à courte focale 17a
et une caméra cinématographique à longue focale 17b, ainsi que les
deux inclinomètres 21a et 21b.
Le repère 29 représente une horloge locale qui est
associée à un quartz pilote 30 et qui sert à synchroniser les deux
caméras 17a et 17b.
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TABLEAU 2.
numérique qui convertit en valeurs numériques les signaux analogiques délivrés par les centrales de cap et de verticale qui sont proportionnels à l'angle de cap et à l'angle d'inclinaison de la centrale de verticale par rapport à la verticale.
Les repères 18a et 19a représentent deux magnétoscopes embarqués qui enregistrent les images fournies par les caméras vidéo 18 et 19. Le repère 24 représente le moniteur vidéo sur lequel est connectée la caméra vidéo 18.
Le repère 32 représente un codeur de télémesure (P.C.M.) qui reçoit les signaux délivrés par les deux inclinomètres 21a, 21b, par le convertisseur 31 et par 11 horloge locale 29 et qui les code pour permettre leur transmission au sol par voie herzienne.
Les repères 33 et 33a représentent ltémetteur radio embarqué et son antenne qui transmettent les informations à la station de réception 7.
Le procédé de traitement en temps différé comporte les opérations et étapes essentielles suivantes.
On filtre les informations lues sur la bande issue du calculateur du radar afin d'eliminer les bruits et de corriger les défauts dus à la réfraction des ondes radar.
Après ce filtrage, on détermine à chaque instant les angles de gisement et de site, ainsi que la distance de l'hélicoptère par rapport au référentiel local AENZ lié au radar.
On obtient ainsi une trajectoire datée de l'hélicoptère par rapport au troisième référentiel.
Par un algorithme mathématique, on transforme ces informations en coordonnées de I'hélicoptère (abscisse, ordonnée, élévation), rapportées au temps par rapport à ce même troisième référentiel.
Puis par une translation égale au vecteur AO, dont on connaît la valeur à tout instant, on calcule les coordonnées du centre O de la plateforme rapportées au temps toujours par rapport au référentiel local AENZ > et on positionne les référentiels en rotation l'un par rapport à l'autre. Par une troisième 'translation égale au vecteur de longueur fixe 00', on calcule ensuite les coordonnées par rapport au même référentiel local AENZ du centre de mesure O' qui correspond à la caméra cinématographique utilisée, et on effectue les rotations de référentiels correspondantes.
Ces opérations sont schématisées sur la partie droite du tableau 2.
Parallèlement, on traite les films pris par les deux caméras cinématographiques, c est-à-dire qu'on les développe, on sélectionne les images sur lesquelles apparaissent le plus clairement les positions et les dimensions des évènements, par exemple. des impacts sur la mer et on numérise ces images, c'est-à-dire que lton convertit l'intensité lumineuse des points de l'image en valeurs numériques qui permettent ensuite de localiser les impacts par rapport au premier référentiel lié à la caméra par comparaison des valeurs numériques à un seuil.
On peut ainsi calculer le gisement et le site rapportés au temps par rapport au référentiel lié à la caméra de chacun des points de l'image correspondant à un évènement, par exemple à un impact sur la mer.
On traite éventuellement les signaux vidéo émis par la caméra infrarouge pour en déduire une signature infrarouge de chaque impact dans le cas où les conditions météorologiques défavorables ne permettent pas d'utiliser les images prises par les caméras cinématographiques.
Par ailleurs, le convertisseur analogique à numérique embarqué sur l'hélicoptère convertit en valeurs numériques les mesures issues de la centrale de cap et de verticalité ainsi que des deux inclinomètres et les valeurs numériques sont transmises à la station de télémesure 7 qui les enregistre sur bande magnétique. On traite ces informations par filtrage et on en déduit les angles d'inclinaison de la plateforme en fonction du temps par rapport au référentiel fixe.
Un sous-programme particulier est utilisé pour effectuer une correction de parallaxe en calculant le gisement et le site de l'axe wwl de la caméra utilisée. L'ordinateur est programmé pour réaliser un algorithme de calcul qui permet d'obtenir les positions et dimensions de chacun des évènements ou des impacts par rapport à un référentiel déterminé. Cet algorithme comporte les étapes ci-après.
On calcule dans le premier référentiel O' uvw, c'est-à-dire le référentiel de la caméra, les corrections des visées correspondant à chacun des points particuliers apparaissant sur les images sélectionnées, c' est-à-dire que l'on calcule le gisement et le site des vecteurs issus du centre O' de la caméra et passant par chacun des points représentant un des impacts, ces points étant définis par comparaison à des seuils des valeurs numériques correspondant aux divers points des images prises par la caméra et sélectionnées.
Ensuite on calcule ces memes valeurs (site et gisement) par rapport au deuxième référentiel de centre O lié au cadre pivotant de la plateforme.
Ce calcul prend en compte la position de la caméra utilisée sur la plateforme et les angles de tangage et de roulis rapportés au temps.
On calcule ensuite par rapport au référentiel local lié à la station radar (troisième référentiel AENZ) la position de chacun des évènements, par exemple de chacun des impacts sur la mer qui correspond à l'intersection de chacun des vecteurs définis ci-dessus avec la surface de la mer, ce calcul tenant compte de l'altitude de l'hélicoptère qui est connue à chaque instant et prenant en compte éventuellement la rotondité de la terre et donc de la surface de la mer.
A partir des coordonnées des points d'impact par rapport au référentiel lié à la station radar, on peut calculer les positions des points d'impact par rapport à n importe quel autre référentiel fixe déterminé. On peut également calculer les positions et dimensions de chacun des points suivant un modèle mathématique propre à un utilisateur des mesures.
Le procédé selon l'invention a été testé sur des mesures concernant des points fixes au sol dont les positions topographiques étaient bien connues.
L'hélicoptère était guidé depuis le sol pour suivre successivement plusieurs trajectoires imposées à des altitudes atteignant 3000 mètres pour tester divers angles de pointage.
Les points à viser étaient représentés par huit points fixes répartis sur un cercle de 100 mètres de diamètre et par le centre dudit cercle. Chaque point étant matérialisé par un tracé sur le sol. Les coordonnées réelles de chaque point avaient été mesurées par un relevé- topographique et étaient connues avec précision.
Le pointeur situé à bord de l'hélicoptère pointait la caméra vidéo sur le point central.
Un traitement en temps différé a permis d'établir une statistique des écarts entre les coordonnées des points calculées, d'une part par le dispositif et le procédé selon l'invention et, d'autre part, par les relevés topographiques.
Ces essais ont montré que les procédés selon l'invention permettaient de définir les positions absolues des points avec des écarts-types inférieurs à 15 mètres et les positions relatives avec des écarts-types inférieurs à 5 mètres.
Des essais sont en cours avec une plateforme pivotante équipée d'une centrale de navigation plus performante que la centrale de cap et de verticale utilisée lors des premiers essais.
Ces nouveaux essais sont destinés à vérifier une étude montrant que la précision peut être augmentée de 50Z, c'est-à-dire que les écarts-types peuvent être divisés par deux.
La description qui précède est relative à des tirs d'essais de projectiles multiples sur la mer.
Il est précisé que le procédé selon l'invention peut s'appliquer également à des tirs d'essais sur un champ de tir terrestre à la condition que chaque impact soit visible.
La description qui précède se réfère à un dispositif dans lequel les caméras et appareils de mesure sont montés à bord d'un hélicoptère. I1 est précisé que l'on pourrait également utiliser n importe quel autre aéronef par exemple un avion, un ballon dirigeable, un ultra-léger motorisé etc....
Selon une variante, il est possible de rendre automatique le système de pointage des caméras vers la zone des impacts par ajonction de moteurs électriques montés sur les deux axes de rotation x xl et y yl de la plateforme et en asservisasnt ces moteurs à suivre un algorithme de déplacement pour optimiser la recherche des impacts, c'est-à-dire à désigner un objectif théorique à viser, qui est déterminé par des informations de trajectographie avant l'apparition des impacts pour piloter le pointage automatique de la plateforme.
Claims (11)
1. Procédé pour déterminer les positons et les dimensions de plusieurs objets ou évènements (2, > 3, 4) situés sur une surface (1), caractérisé par la suite d'opérations suivantes
- on survole ladite surface par un aéronef (5), guidé par une station radar (6), qui mesure continuellement le gisement, le site et la distance dudit aéronef à des instants donnés par rapport à un référentiel fixe lié à ladite station radar (6),lequel aéronef est équipé d'une plateforme (8), montée pivotante autour d'un axe (ex1) longitudinal et d'un axe (yyl) transversal, laquelle plateforme (8) porte au moins une caméra vidéo (18, 19) et au moins une caméra cinématographique (17a, 17b) ayant des axes optiques parallèles, qui sont placés en regard d'une ouverture située dans le plancher dudit aéronef et porte, en outre, des moyens pour mesurer le cap et les angles de rotation en roulis et en tangage de ladite plateforme pivotante (8);
- on oriente pendant le vol 'les axes optiques desdites caméras, de sorte que la zone où se situent lesdits évènements ou objets (2, 3, 4) se trouvent dans le champ desdites caméras et on filme lesdits objets ou évènements;
- on transmet par voie herzienne à une station de réception (7) située au sol les mesures relevées par lesdits moyens de mesure du cap, du roulis et du tangage et les impulsions émises par une horloge électronique (22) embarquée à bord dudit aéronef;;
- on visualise les images prises par l'une des caméras et l'on détermine par rapport à un référentiel lié à ladite caméra les directions des vecteurs reliant le point nodal de ladite caméra aux images desdits évènements ou objets;
- on entre dans un ordinateur les mesures relevées par ladite station radar (6) les mesures transmises au sol par l'aéronef et les directions desdits vecteurs et on programme ledit ordinateur pour outil calcule les directions desdits vecteurs par rapport à un référentiel fixe déterminé et les coordonnées des intersections desdits vecteurs avec ladite surface connue (1).
2. Procédé selon la revendication 1 pour déterminer les positions et les dimensions des points d'impact (2, 3, 4) sur la mer (1) de plusieurs projectiles tirés simultanément etiou successivement, caractérisé en ce qué l'on filme la surface (1) de la mer pendant des tirs d'essais de projectiles à partir d'un aéronef (5) qui survole la zone d'impacts, on détermine sur les films les images des points d'impact sur la mer, on détermine par rapport à un référentiel lié à la caméra (la, lb) les directions des vecteurs reliant le point nodal (O') de la caméra à chacun desdits points d'impact et on programme un ordinateur pour calculer, par rapport à un référentiel fixe, les directions desdits vecteurs à chaque instant et les coordonnées des intersections desdits vecteurs avec la surface de la mer.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'une desdites caméras vidéo (18) est connectée à un moniteur vidéo (24), situé à bord dudit aéronef (5) et un opérateur, placé devant l'écran dudit moniteur vidéo agit sur deux cannes (23a, 23b) qui lui permettent de faire pivoter ladite plateforme pivotante autour de deux axes orthogonaux (xxl, yyl) afin de maintenir constamment l'axe de ladite caméra vidéo pointé vers la zone où se situent lesdits évènements ou objets ou impacts (2, 3, 4) à filmer.
4. dispositif pour déterminer les positions et les dimensions de plusieurs objets ou évènements (2, 3, 4) situés sur une zone déterminée d'une surface connue (1), caractérisé en ce qu'il comporte
- une station radar fixe (6);
- une station de réception de télémesures (7);
- au moins un calculateur;;
- et un aéronef (5) qui survole ladite zone > lequel aéronef est équipé d'une plateforme pivotante (8), qui est placée en regard d'une ouverture située dans le plancher dudit aéronef, laquelle plateforme comporte un bâti mobile (15) qui est articulé autour de deux axes orthogonaux, un axe du roulis (xxl) parallèle à l'axe longitudinal de l'hélicoptère et un axe de tangage (yyl) transversal, lequel bati porte au moins une caméra vidéo (18), au moins une caméra cinématographique (17a, 17b) et des moyens pour mesurer le cap de l'aéronef et les angles de rotation en roulis et en tangage dudit bâti pivotant (15) et ledit aéronef comporte des moyens (32, 33) pour transmettre lesdites mesures de cap, de roulis et de tangage à ladite station de réception de télémesure.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite'plateforme pivotante (8) comporte un cadre rectangulaire (9) fixé à l'aéronef, un cadre orientable (21), qui est articulé audit cadre fixe par rapport à un premier axe (xxl) et un bâti orientable (15) qui est articulé audit cadre orientable autour d'un deuxième axe (yyl) perpendiculaire au premier.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit bâti orientable (15) comporte deux plaques orthogonales (15a, 15b) qui se recoupent suivant ledit deuxième axe (yyl).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit bâti orientable (15) porte une caméra vidéo (18), une caméra infrarouge (19), une première caméra cinématographique (17 a) à cour.te distance focale et une deuxième caméra cinématographique (17b) à longue distance focale, lesquelles caméras ont des axes optiques parallèles entre eux.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ledit aéronef porte un moniteur vidéo (24) sur lequel est connectée ladite caméra vidéo (18) et ladite plateforme pivotante comporte deux cannes (23a, 23b) manoeuvrables par un opérateur placé devant l'écran dudit moniteur vidéo qui permettent de faire pivoter respectivement ledit bâti orientable (15) et ledit cadre orientable (il) chacun autour de son axe de pivotement respectif.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que ladite plateforme pivotante (8) porte une centrale de cap, une centrale de verticale et deux inclinomètres pour mesurer le cap de l'aéronef et les angles de rotation en roulis et en tangage dudit bâti pivotant.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que ladite plateforme pivotante (8) porte une centrale de navigation pour mesurer le cap dudit aéronef et les angles de roulis et de tangage dudit cadre pivotant.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que ledit aéronef porte une horloge électronique (29) qui est synchronisée avec une deuxième horloge électronique située au sol.
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|---|---|---|---|
| FR8808060A FR2633041B1 (fr) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | Procedes et dispositifs pour determiner les positions et les dimensions de plusieurs objets ou evenements situes sur une surface connue |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2633041A1 true FR2633041A1 (fr) | 1989-12-22 |
| FR2633041B1 FR2633041B1 (fr) | 1990-10-12 |
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ID=9367360
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|---|---|
| FR (1) | FR2633041B1 (fr) |
Cited By (3)
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| DE4216828A1 (de) * | 1992-05-21 | 1993-12-02 | Dornier Gmbh | Verfahren zur Erdbeobachtung |
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| FR2948760A1 (fr) * | 2009-07-31 | 2011-02-04 | Trading Corp Consulting | Procede et systeme cartographique destines a construire une representation cartographique numerique d'une zone geographique |
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1988
- 1988-06-16 FR FR8808060A patent/FR2633041B1/fr not_active Expired - Fee Related
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| FR2633041B1 (fr) | 1990-10-12 |
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| ST | Notification of lapse |