FR2661245A1

FR2661245A1 - METHOD OF AUTOGUIDING A SUPERSONIC MISSILE ON A SUPERSONIC TARGET HAVING THE IMPLEMENTING ARRANGEMENTS AND METHODS OF USING THE METHOD.

Info

Publication number: FR2661245A1
Application number: FR9005305A
Authority: FR
Inventors: Durieux Jean-Loup
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-04-23
Filing date: 1990-04-23
Publication date: 1991-10-25
Anticipated expiration: 2010-04-23
Also published as: FR2661245B1; EP0455531A1; EP0455531B1; DE69107508T2; DE69107508D1

Abstract

L'invention concerne un procédé d'autoguidage peu coûteux, peu leurrable et possédant la caractéristique "tire et oublie" applicable à un missile supersonique contre une cible supersonique, consistant a asservir le sessile à l'onde de choc de la cible. L'organe sensible est constitué par un ou plusieurs capteurs de pression placés dans le missile détectant et datant ses passages à travers l'onde de choc de la cible. L'ordre de guidage est calculé à partir de la position du sessile mesurée par sa centrale inertielleaux traversées de l'onde de choc, de façon que sa trajectoire recoupe périodiquement l'onde de choc.The invention relates to an inexpensive autoguiding method, hardly decoyable and having the characteristic "fire and forget" applicable to a supersonic missile against a supersonic target, comprising slaving the sessile to the shock wave of the target. The sensitive member consists of one or more pressure sensors placed in the missile detecting and dating its passages through the shock wave of the target. The guidance order is calculated from the position of the sessile measured by its inertial unit when the shock wave passes through, so that its trajectory periodically intersects the shock wave.

Description

-1- La présente invention concerne un procédé d'autoguidage de missileThe present invention relates to a missile homing method

tactique sur un but supersonique.tactical on a supersonic goal.

Traditionnellement l'organe de guidage des missiles autoguidés est un capteur sensible au rayonnement électromagnétique ou infrarouge de la cible Ce capteur est, en général, porté sur un système de pointage mobile asservi sur le but appelé autodirecteur Des gyrométres montés sur 1 'autodirecteur mesurent la vitesse angulaire absolue de la ligne de visée qui est, à la précision de l'asservissement près, la ligne missile cible Le capteur peut aussi être lié au missile Dans ce cas la vitesse angulaire absolue de la ligne missile cible est obtenue en combinant la direction de la cible relative au missile, mesurée par le capteur, et l'orientation absolue du missile mesurée par une centrale inertielle Le Traditionally, the guiding member of self-guided missiles is a sensor sensitive to the electromagnetic or infrared radiation of the target. This sensor is, in general, worn on a mobile pointing system servo-controlled by the so-called autodirector. Geometers mounted on the self-indicator measure the absolute angular velocity of the line of sight which is, to the accuracy of the enslavement, the target missile line The sensor can also be linked to the missile In this case the absolute angular velocity of the target missile line is obtained by combining the direction of the missile target, measured by the sensor, and the absolute orientation of the missile measured by an inertial unit.

capteur électromagnétique est actif ou passif, suivant qu'il émet lui- electromagnetic sensor is active or passive, depending on whether it emits

même ou non le rayonnement éclairant la cible; La loi de guidage transforme la vitesse angulaire absolue de la ligne de visée en un ordre au missile Elle demande la connaissance de la vitesse radiale missile even or not the radiation illuminating the target; The guiding law transforms the absolute angular velocity of the line of sight into a missile order. It requires knowledge of the radial missile velocity.

cible qui est soit mesurée, soit estimée. target that is either measured or estimated.

L 'autodirecteur a les inconvénients suivants * coût très élevé, sensibilité au leurrage, point visé sur la cible mal connu et fluctuant, pouvant sortir du contour apparent, accrochage sur la cible délicat, qu'il soit réalisé avant ou après le départ du missile, The homing device has the following disadvantages: * very high cost, sensitivity to decoy, target point on the poorly known and fluctuating target, may come out of the apparent outline, hanging on the delicate target, whether it is made before or after the departure of the missile ,

portée limitée.limited scope.

Le procédé selon l'invention permet de remédier aux inconvénients précédents car il est basé sur l'asservissement du missile à l'onde de choc attachée à la cible au moyen d'organes sensibles qui sont de simples The method according to the invention overcomes the above drawbacks because it is based on the enslavement of the missile to the shock wave attached to the target by means of sensitive organs which are simple

capteurs de pression Il ne concerne donc que les cibles supersoniques. pressure sensors It therefore only concerns supersonic targets.

Le terme onde de choc est utilisé ici pour définir l'onde de pression induite à grande distance par une cible supersonique, assimilable à une nappe de révolution de faible épaisseur, se propageant suivant les lois de l'acoustique On pourrait utiliser de manière équivalente, le terme The term "shock wave" is used here to define the pressure wave induced at a great distance by a supersonic target, comparable to a thin layer of revolution, propagating according to the laws of acoustics. the term

"onde acoustique"."acoustic wave".

Le missile est muni d'une centrale inertielle rustique fournissant à chaque instant une mesure de sa position M, de son vecteur vitesse VM, de son accélération rm et de son trièdre de référence Tm dans un trièdre The missile is provided with a rustic inertial unit providing at every moment a measurement of its position M, its velocity vector VM, its acceleration rm and its reference trihedron Tm in a trihedron

inertiel de référence To.reference inertial To.

-2- L'organe sensible du guidage, remplaçant 1 'autodirecteur, est constitué par un ou plusieurs capteurs de pression placés à bord du missile Ces capteurs peuvent être constitués d'un ou plusieurs orifices répartis sur le missile reliés à autant de détecteurs de pression, ou à un détecteur unique pour 1 'ensemble des orifices Il s'agit de détecteurs simples de type microphone Ces capteurs détectent et datent, grâce à une -2- The sensitive member of the guide, replacing one self-redirector, is constituted by one or more pressure sensors placed on board the missile These sensors may consist of one or more orifices distributed on the missile connected to as many detectors. pressure, or a single detector for all of the orifices These are simple sensors of the microphone type These sensors detect and date, thanks to a

horloge interne, leurs passages à travers l'onde de choc de la cible. internal clock, their passes through the shockwave of the target.

Compte tenu de la raideur du front de 1 'onde de choc de la cible, ces passages sont datés avec une très grande précision La bande passante des capteurs est choisie en conséquence La figure 1 montre des emplacements Given the stiffness of the front of the shock wave of the target, these passages are dated with a very high precision. The bandwidth of the sensors is chosen accordingly. FIG.

possibles de capteur ( 1) ( 2) ( 3). possible sensor (1) (2) (3).

L'onde de choc de la cible est assimilée à une nappe conique d'origine un point B de la cible, d'axe la vitesse de la cible VB et The shock wave of the target is assimilated to a conical ground of origin a point B of the target, of axis the speed of the target VB and

d'angle au somoet f = Arc sin -v, a étant la célérité du son. corner at somoet f = Arc sin -v, where a is the speed of sound.

VB Dans son principe, l'ordre de guidage produit une trajectoire du missile, qui, relativement au but a l'allure d'une sinusoïde de faible amplitude située alternativement à l'intérieur et à l'extérieur de la nappe conique en suivant une génératrice de cette nappe Les mesures concourant à l'élaboration de l'ordre sont effectuées à chaque traversée de la nappe conique L'interception a lieu quand le missile arrive au sommet du cône ce qui demande évidemment que sa vitesse soit supérieure à VB In principle, the guiding order produces a trajectory of the missile, which, relative to the target, has the appearance of a small amplitude sinusoid located alternately inside and outside the conical web following a Generator of this layer The measures contributing to the development of the order are made at each crossing of the conical web The interception takes place when the missile arrives at the top of the cone which obviously requires that its speed is greater than

celle de la cible.that of the target.

La figure 2 montre la cible ( 1), la trajectoire absolue de la cible ( 2), le missile ( 3), l'onde de choc conique de la cible ( 4), la trajectoire relative moyenne du missile ( 5) qui est une génératrice du cône, la trajectoire absolue moyenne du missile ( 6) conduisant au point FIG. 2 shows the target (1), the absolute trajectory of the target (2), the missile (3), the conical shock wave of the target (4), the average relative trajectory of the missile (5) which is a generator of the cone, the mean absolute trajectory of the missile (6) leading to the point

d'interception ( 7).interception (7).

Dans sa réalisation suivant l'invention, la loi de guidage comprend deux modules fonctionnels programmés sur le calculateur du missile Le premier, appelé estimateur, détermine la vitesse du missile relativement à la nappe conique à chaque traversée de celle-ci Le second, appelé contrôleur élabore la commande au missile en fonction de la vitesse In its embodiment according to the invention, the guide law comprises two functional modules programmed on the missile calculator. The first, called estimator, determines the speed of the missile relative to the conical web at each crossing thereof. The second, called controller builds missile control based on speed

relative estimée.estimated relative.

L'estimateur estime la trajectoire de la cible définie par sa position B et son vecteur vitesse VB, soit en tout 6 paramètres, à partir des positions successives des capteurs de pression M (k,i) à la traversée de l'onde de choc (k numéro du capteur, i numéro de la traversée), The estimator estimates the trajectory of the target defined by its position B and its velocity vector VB, ie in all 6 parameters, from the successive positions of the pressure sensors M (k, i) to the crossing of the shock wave. (k number of the sensor, i number of the crossing),

survenant à l'instant t, Ces positions sont déduites de la position à t. occurring at time t, these positions are deduced from the position at t.

du missile élaborée par la centrale inertielle et de la disposition des capteurs dans le missile L'estimateur non linéaire utilise un -3algorithme du gradient conjugué ou d'un autre type Il est initialisé avec les informations éventuelles sur la trajectoire du but communiquées au missile avant tir En l'absence de telles informations, la convergence est acquise après un nombre N de traversée dépendant du nombre k de capteurs installés dans le missile, tel que nk= 6 Il est possible, lorsque le transitoire de recalage est amorti, d'estimer l'accélération the missile developed by the inertial unit and the arrangement of the sensors in the missile The nonlinear estimator uses a -3 algorithm of the conjugate gradient or of another type It is initialized with the possible information on the trajectory of the goal communicated to the front missile In the absence of such information, the convergence is acquired after a number N of crossing depending on the number k of sensors installed in the missile, such that nk = 6 It is possible, when the recalibration transient is damped, to estimate acceleration

du but r B La grande précision des mesures l'autorise. The goal r B The high precision of the measurements allows it.

On choisit un capteur particulier (dans le cas o il est unique c'est évidemment celui-là) comme point du missile dont la trajectoire A A sera contrôlée A partir de l'estimée du but Bi, V Bi obtenue quand ce capteur effectue la traversée n'i au point Mi, on détermine en ce point le trièdre instantané du guidage Tc constitué par la génératrice We choose a particular sensor (in the case where it is unique it is obviously that one) as the point of the missile whose trajectory AA will be controlled From the estimate of the goal Bi, V Bi obtained when this sensor makes the crossing at point Mi, the instantaneous trihedron of the guide Tc constituted by the generator is determined at this point

du cône xc, la normale intérieure zc, la tangente au cercle directeur Yc. of the cone xc, the inner normal zc, the tangent to the steering circle Yc.

On calcule en outre les composantes de la vitesse relative du missile au In addition, the components of the relative velocity of the

but suivant zc et yc, notées ez et e. next goal zc and yc, noted ez and e.

C z y Le contrôleur élabore les ordres commandés au missile Le missile auquel s'applique l'invention peut avoir une organisation quelconque Il peut être stabilisé en roulis ou en autorotation naturelle Son mouvement latéral peut être produit par des forces aérodynamiques et/ou pyrotechniques La prise d'incidence peut être provoquée par un actionneur aérodynamique (gouverne), pyrotechnique (impulseur, jet transversal) ou autre L'actionneur peut opérer suivant deux axes transversaux de manoeuvre (lacet, tangage) ou un seul (si le missile est en autorotation) L'ordre commandé peut s'adresser directement à (aux) actionneur(s) ou à un autopilote, s'il existe Il peut s'agir d'un autopilote en accélération ou en vitesse angulaire transversale L'exposé suivant est fait en supposant un missile stabilisé C zy The controller develops the commands ordered to the missile The missile to which the invention applies can have any organization It can be stabilized in roll or in natural autorotation Its lateral movement can be produced by aerodynamic and / or pyrotechnic forces The grip of incidence can be caused by an aerodynamic actuator (rudder), pyrotechnic (impeller, transverse jet) or other The actuator can operate according to two transverse axes of maneuver (yaw, pitching) or only one (if the missile is in autorotation) The ordered order can be addressed directly to the actuator (s) or to an autopilot, if it exists. It can be an autopilot in acceleration or in transverse angular velocity. The following explanation is made assuming a stabilized missile

en roulis et muni d'un autopilote en accélération. in roll and equipped with an autopilot in acceleration.

Les ordres en accélération au missile sont d'abord calculés dans le repère x C yc z Ils comprennent deux composantes La première composante Fyc dirigée suivant yc, a pour effet d'asservir la projection du missile yc sur le plan tangent au cône x yc, à suivre la génératrice du cône xc, ou encore d'asservir la projection de la vitesse du missile sur le plan tangent au cône à être parallèle à la génératrice Elle est linéaire, de la forme Fyc = -k e, k gain Une fonction de transfert plus élaborée yc y pourrait être substituée au gain suivant la dynamique du missile La seconde composante r Zc, dirigée suivant la normale au cône zc a pour but d'entretenir une trajectoire périodique perpendiculaire à l'onde de choc assurant les traversées nécessaires à l'excitation des capteurs de pression et aux mesures subséquentes Elle est produite par une loi non The orders in acceleration with the missile are first computed in the coordinate system x C yc z They comprise two components The first component Fyc directed following yc, has the effect of enslaving the projection of the missile yc on the plane tangent to the cone x yc, to follow the generator of the cone xc, or to enslave the projection of the speed of the missile on the plane tangent to the cone to be parallel to the generator It is linear, of the form Fyc = -ke, k gain A transfer function more elaborate yc could be substituted for the gain according to the dynamics of the missile The second component r Zc, directed following the normal cone zc aims to maintain a periodic trajectory perpendicular to the shockwave ensuring the necessary crossings to the excitation of pressure sensors and subsequent measurements It is produced by a law not

4 26612454 2661245

linéaire de la forme r = r signe lf(e >l La fonction f est choisie, zc Max en liaison avec l'amplitude r de la comiande et la dynamique du max missile, pour régler coemm il convient l'amplitude et la fréquence du cycle limite La distance de passage est de l'ordre de l'amplitude de ce cycle. Les ordres en accélération sont ensuite calculés dans le repère missile xm ym Zm (mesuré par la centrale inertielle), par la condition que leurs projections sur yc et z soient respectivement égales à rc et C C yc r. zc La figure 3 constitue un diagramme fonctionnel simplifié du procédé selon l'invention montrant les fonctions exercées par le(s) capteur(s) linear of the form r = r sign lf (e> l The function f is chosen, zc Max in connection with the amplitude r of the command and the dynamics of the max missile, to adjust as appropriate the amplitude and the frequency of the limit cycle The distance of passage is of the order of the amplitude of this cycle.The acceleration orders are then calculated in the missile xm ym Zm (measured by the inertial unit), provided that their projections on yc and z are respectively equal to rc and CC yc r. zc Figure 3 is a simplified functional diagram of the method according to the invention showing the functions exerted by the sensor (s)

( 1), la centrale inertielle ( 2), l'estimateur ( 3) et le contrôleur ( 4) . (1), the inertial unit (2), the estimator (3) and the controller (4).

La figure 4 montre la trajectoire relative du missile ( 1) autour de la génératrice du cône ( 2) contenue dans le plan défini par la FIG. 4 shows the relative trajectory of the missile (1) around the generator of the cone (2) contained in the plane defined by the

génératrice ( 2) et la normale ( 3). generator (2) and normal (3).

Le missile est lancé depuis un poste de tir L'invention s'applique à un poste de tir terrestre, naval ou aérien La direction de lancement peut être quelconque sous les conditions que le missile rallie l'onde de choc de la cible et dispose des capacités cinématiques suffisantes pour s'y asservir et rattraper la cible Au cours de la phase initiale entre le lancement et la première traversée de l'onde de choc de la cible, le missile est asservi à une trajectoire de ralliement précalculée sous le critère que la vitesse du missile relative au but à la première traversée de l'onde de choc ait une direction aussi proche que possible de celle de la génératrice de la nappe conique, c'est à dire que la condition cinématique d'interception indiquée sur la figure 5 soit remplie Sur cette figure on voit la vitesse absolue du but ( 1), celle du missile ( 2) , la vitesse relative de missile ( 3) L'angle ( 4) vaut Arc sin a, a étant la célérité du son La détermination de cette trajectoire suppose que le poste de tir ait des informations sur la trajectoire du but (une telle information peut être simplement la détection du passage de l'onde de choc de la cible par le poste de tir) Si aucune information n'est disponible le missile peut être tiré au jugé et la trajectoire de ralliement est rectiligne Il en résulte que, dans la plupart des cas, la condition cinématique d'interception ne sera pas réalisée à la première traversée, mais après un transitoire résorbé au bout d'une à 2 traversées supplémentaires, au delà duquel le cycle limite asservissant le missile à l'onde de choc sera effectivement enclenché Les ordres r,1 r calculés yc zc aux premières traversées tiennent compte de cette circonstance et aussi du temps de réponse de l'algorithme de llestimateur La figure 5 montre -5une trajectoire relative complète d'interception pour un poste de tir situé à l'intérieur de la nappe conique, ce qui pourrait être le cas d'un tir air air On y voit la cible ( 1), son onde de choc ( 2), la trajectoire The invention applies to a land, naval or air station The launching direction can be any under the conditions that the missile meets the shockwave of the target and has sufficient kinematic capabilities to enslave and catch the target During the initial phase between launch and first crossing of the target shockwave, the missile is enslaved to a precomputed rallying path under the criterion that the the speed of the missile relative to the target at the first crossing of the shock wave has a direction as close as possible to that of the generatrix of the conical sheet, ie the kinematic interception condition indicated in FIG. In this figure we see the absolute speed of the goal (1), the missile (2), the relative speed of the missile (3) The angle (4) is Arc sin a, a being the speed of sound The determination of this trajectory assumes that the firing station has information on the trajectory of the aim (such information may be simply the detection of the passage of the shockwave of the target by the firing station) If no information is available the missile The result is that, in most cases, the kinematic condition of interception will not be realized at the first crossing, but after a transient resorbed after one to two hours. additional crossings, beyond which the limit cycle enslaving the missile to the shock wave will indeed be triggered The orders r, 1 r calculated yc zc to the first crossings take into account this circumstance and also the response time of the algorithm of the ltimer FIG. 5 shows a complete relative interception trajectory for a firing station located inside the conical web, which could be the case of an air-to-air firing. We see the target (1), its shock wave (2), the trajectory

relative de ralliement ( 3) et la trajectoire relative d'interception ( 4) . relative rallying point (3) and the relative interception trajectory (4).

-6- Rj EVKNI T>NI'ICU 4 1) Procédé de guidage d'un missile antiaérien supersonique contre une cible supersonique par asservissement du missile à l'onde de pression induite à grande distance par la cible supersonique, appelée aussi onde 1) Method for guiding a supersonic anti-aircraft missile against a supersonic target by slaving the missile to the pressure wave induced at a great distance by the supersonic target, also known as a wave.

de choc.of choc.

2) Procédé de guidage suivant la revendication 1 caractérisé par la détection de l'onde de choc de la cible par le missile au moyen d'un ou 2) guiding method according to claim 1 characterized by the detection of the shock wave of the target by the missile by means of one or

plusieurs capteurs de pression installés à son bord. several pressure sensors installed on board.

3) Procédé de guidage suivant les revendications précédentes 3) Guiding method according to the preceding claims

caractérisé par l'estimation de la trajectoire de la cible à partir des positions et attitudes du missile aux instants datés auxquels les capteurs de pression installés à bord du missile traversent l'onde de characterized by estimating the trajectory of the target from the positions and attitudes of the missile to the timed moments at which the pressure sensors installed on the missile cross the wave of the missile.

choc de la cible, au moyen d'algorithme approprié. shock of the target, using appropriate algorithm.

4) Procédé d'identification de la trajectoire d'une cible supersonique par un réseau de capteurs de pression portés par une installation fixe terrestre, par un véhicule terrestre, par un navire ou 4) Method for identifying the trajectory of a supersonic target by an array of pressure sensors carried by a fixed land installation, by a land vehicle, by a ship or by

un aéronef, suivant la revendication 3. an aircraft according to claim 3.

) Procédé de guidage suivant les revendications 1, 2 et 3 Guiding method according to claims 1, 2 and 3

consistant à commander au missile une trajectoire quasi sinusoïdale de part et d'autre de l'onde de choc assurant l'excitation périodique des of controlling the missile a quasi-sinusoidal trajectory on either side of the shock wave ensuring the periodic excitation of

capteurs de pression et les mesures subséquentes. pressure sensors and subsequent measurements.

6) Procédé de guidage suivant les revendications 1, 2, 3 et 5 6) Guiding method according to claims 1, 2, 3 and 5

évitant au missile de décrire en finale une hélice conique par asservissement de sa trajectoire relative moyenne à la génératrice de avoiding the missile to describe in the final a conical propeller by servocontrol of its average relative trajectory to the generator of

l'onde de choc conique.the conical shock wave.

7) Procédé de guidage suivant les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 7) Guiding method according to claims 1, 2, 3, 4, 5, 6

consistant à lancer un missile muni de capteurs de pression dans une direction calculée par une poste de tir automatique mmi de capteurs de of launching a missile equipped with pressure sensors in a direction calculated by an automatic firing station mmi of sensors of

pression suivant la revendication 4. pressure according to claim 4.

8) Procédé de guidage suivant les revendications 1, 2, 3, 5 et 6 8) Guiding method according to claims 1, 2, 3, 5 and 6

consistant à ajouter à un missile muni d'un autodirecteur électromagnétique ou infrarouge, un ou plusieurs capteurs de pression permettant d'intercepter un but supersonique en présence de contre of adding to a missile equipped with an electromagnetic or infrared homing device, one or more pressure sensors for intercepting a supersonic aim in the presence of against

mesures saturantes.saturating measures.

9) Procédé de guidage suivant les revendications 1, 2, 3, 5, 6, 8 9) Guiding method according to claims 1, 2, 3, 5, 6, 8

depuis un poste de tir terrestre, naval ou aérien. from a land, naval or air fire station.