FR2782554A1

FR2782554A1 - Tete chercheuse ou autodirecteur pour missiles guides ou projectiles

Info

Publication number: FR2782554A1
Application number: FR9409423A
Authority: FR
Inventors: Bernd Uwira
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 2000-02-25
Also published as: DE4325589B4; DE4325589A1

Abstract

Dans une tête chercheuse pour missiles guidés ou projectiles, comportant un détecteur à résolution des images (60) qui y est incorporé rigidement, le champ de vision pour la détection de la cible doit être agrandi. A cette fin, il est prévu, sur le missile guidé ou le projectile, des moyens pour créer un mouvement contrôlé de roulis autour de son axe de roulis (28). Le détecteur à résolution d'images (60) est disposé de manière à embrasser un champ de vision qui est excentrique par rapport à l'axe de roulis (28) du missile guidé ou du projectile.

Description

L'invention concerne une tête chercheuse ou autodirecteur pour missiles guidés ou projectiles, comportant un détecteur à résolution d'images qui y est incorporé rigidement.

Les têtes chercheuses ont pour fonction de diriger un missile ou un projectile vers une cible. Des détecteurs passifs à résolution d'images y sont utilisés. Les détecteurs à résolution d'images fonctionnent à la manière d'une caméra de télévision comportant une "matrice de détecteurs", c'est-à-dire un système bidimensionnel d'éléments détecteurs. De tels détecteurs embrassent un champ de vision rectangulaire ou carré. Ce champ de vision est ordinairement très limité. Il faut que soit possible une haute résolution des images, qui permet une reconnaissance de cibles par traitement des images et peut restituer avec précision la position de la cible. Il est donc nécessaire d'utiliser un réseau très fin d'éléments détecteurs. Mais une augmentation des dimensions de la surface de la matrice de détecteurs conduit alors à une forte élévation du coût. Avec une augmentation des dimensions de la surface de la matrice de détecteurs, le rendement du processus de fabrication industriel est abaissé. Les frais relatifs au refroidissement de la matrice de détecteurs, nécessaire en particulier dans le cas de détecteurs à infrarouge, deviennent élevés. Les systèmes optiques de formation de l'image pour de grands champs de vision sont compliqués

et coûteux. Cela vaut en particulier pour les optiques à infrarouge. Enfin, dans le cas d'un grand champ de vision, le dispositif de traitement ultérieur des images doit traiter, avec un débit de données très élevé, les images dont la taille est augmentée en conséquence.

La tête chercheuse doit d'abord détecter une cible.

Cette cible peut se trouver dans les limites d'un champ de vision relativement grand. En conséquence, il faut d'abord surveiller un champ de vision aussi grand que possible. Après la détection d'une cible, le détecteur est pointé sur cette cible. C'est alors que peut être effectuée une reconnaissance de la cible par traitement des images.

On connaît des têtes chercheuses pour missiles dans lesquelles un détecteur à résolution des images est monté pivotant ou le trajet des rayons est guidé par des éléments optiques pivotants. De tels dispositifs nécessitent un système de cadres à deux ou trois axes mobiles. De tels systèmes de cadres sont très coûteux.

Des problèmes particuliers se posent dans le cas de missiles guidés ou de projectiles qui sont soumis à des accélérations extrêmement élevées. Cela vaut pour les projectiles guidés en phase finale, qui sont tirés au moyen d'un canon. Mais cela s'applique également aux missiles guidés qui volent à des vitesses supersoniques élevées de plus de mach 3. Dans ce cas, le système de cadres doit être soutenu et immobilisé pendant le tir.

Dans de nombreux cas, l'utilisation de systèmes de cadres n'est pas du tout possible.

On connaît des têtes chercheuses dans lesquelles des détecteurs à résolution d'images sont montés rigidement dans le missile guidé ou le projectile. Cela offre des avantages importants : construction est considérablement simplifiée. Il n'y a pas besoin de prévoir, au niveau de la tête chercheuse, une électronique de puissance qui, autrement, est

nécessaire pour le mouvement du système de cadres. Il n'y a pas besoin de prendre des dispositions particulières pour soutenir des éléments mobiles au moment du tir. La géométrie du missile guidé ou du projectile est simplifiée. Les coûts sont abaissés.

En revanche, l'inconvénient est que le champ de vision est limité, pour les raisons déjà évoquées précédemment.

L'invention a pour but de parvenir, avec des frais aussi réduits que possible, dans une tête chercheuse du genre défini au début et comportant un détecteur à résolution d'images qui y est monté rigidement, à un agrandissement de l'angle solide embrassé par le détecteur.

D'après l'invention, ce but est atteint par le fait (a) qu'il est prévu, sur le missile guidé ou le projectile, des moyens pour produire un mouvement contrôlé de roulis autour de son axe de roulis, et <b) que le détecteur à résolution d'images est disposé de manière à embrasser un champ de vision excentrique par rapport à l'axe de roulis du missile guidé ou du projectile.

Par le mouvement de roulis, en combinaison avec la disposition excentrique du champ de vision du détecteur par rapport à l'axe de roulis, le champ de vision embrassé par le détecteur est agrandi.

Il est judicieux que l'axe de roulis du missile guidé ou du projectile passe à travers le champ de vision du détecteur. Le détecteur à résolution d'images peut être un détecteur matriciel présentant un système bidimensionnel rectangulaire d'éléments détecteurs. Un angle du champ de vision rectangulaire peut alors se trouver sur l'axe de roulis du missile guidé ou du projectile. Le détecteur matriciel est alors monté en diagonale. Les singularités au niveau de l'axe de roulis

sont évitées. Il existe un champ de vision exploitable dont le rayon correspond approximativement aux diagonales du champ de vision rectangulaire ou carré.

Les moyens pour produire le mouvement de roulis peuvent être commandables de telle sorte que le mouvement de roulis soit supprimé graduellement après l'accrochage de la cible et que l'angle de roulis soit stabilisé dans la zone de la ligne de visée de la cible.

De la sorte, dans la phase de recherche de la cible, un champ de vision relativement grand peut être exploré grâce au mouvement de roulis du missile guidé ou du projectile. Après l'accrochage de la cible, le mouvement de roulis est supprimé graduellement. L'angle de roulis est stabilisé de sorte que la ligne de visée vers la cible reste constamment à l'intérieur du champ de vision. La cadence d'actualisation de la position de la cible, c'est-à-dire la fréquence d'images, peut être alors maintenue à la valeur nécessaire pour le guidage en phase finale, par exemple de 100 Hz. La précision de la stabilisation de la position de roulis n'est pas critique, puisque la totalité du champ de vision du détecteur rigide est disponible pour l'observation de la cible.

Pour la détermination de la fréquence de roulis, il peut être prévu des moyens de traitement des images, par lesquels des fréquences de roulis peuvent être déterminées, à partir de séquences d'images du détecteur à résolution d'images, par observation du mouvement apparent de détails de l'image dans le champ de vision du détecteur. En outre, il est avantageusement prévu un gyroscope pour la production de signaux de tangage et de lacet, les signaux de tangage et de lacet étant aussi délivrés aux moyens de traitement des images. A partir des angles de tangage et de lacet et du mouvement apparent des détails de l'image, la fréquence de roulis peut être déterminée par un calculateur. Il suffit d'un

gyroscope à deux axes pour le mouvement de tangage et de lacet.

Un exemple de réalisation de l'invention est décrit ci-après de façon plus détaillée en référence aux dessins annexés.

La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale de la pointe d'un missile guidé ou d'un projectile comportant une tête chercheuse qui fonctionne avec un détecteur dont le champ de vision est en position excentrique.

La fig. 2 est une représentation en perspective schématique, montrant un missile guidé avec une cible et un champ de vision du détecteur qui tourne autour de l'axe de roulis.

La fig. 3 est un schéma par blocs du système de guidage du missile guidé.

La fig. 4 est une représentation schématique du champ de vision embrassé par le détecteur, dans deux phases successives.

La fig. 5 est un schéma par blocs et illustre la poursuite d'objet avec traitement des images.

La fig. 6 montre l'allure du signal à la sortie du détecteur.

La fig. 7 montre une image binaire ainsi obtenue, avec un point à poursuivre (point de poursuite) résultant de l'image binaire.

Sur la fig. 1, la structure d'un missile guidé ou d'un projectile est désignée par 10. La structure 10 se termine, à l'extrémité avant, par une paroi frontale plane 12 présentant une ouverture centrale 14. Une structure de tête chercheuse 16 est montée dans l'ouverture 14. Une unité détectrice 18 est montée dans la structure de tête chercheuse 16. Sur la structure de tête chercheuse 16 est monté un capot 20 qui présente une paroi frontale plane 22 avec une fenêtre 24. Une unité électronique 26 est montée dans la structure 10 du missile guidé ou du projectile.

Un axe de roulis du missile guidé ou du projectile est désigné par 28. La paroi frontale 12 s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe de roulis. La structure de tête chercheuse 16 forme une bride 30. La bride 30 est appliquée, par une surface annulaire antérieure 32, sur le côté interne de la paroi frontale 12 autour de l'ouverture 14. La surface arrière 34 de la bride 30 se trouve dans un plan incliné par rapport à l'axe de roulis 28. La bride 30 est donc en forme de coin, avec une épaisseur plus grande du côté inférieur de la fig. 1 que du côté supérieur de la fig. 1. La structure de tête chercheuse 16 comporte en outre un manchon 36. La surface extérieure du manchon 36 est coaxiale à l'axe de roulis 28. La forure 40 du manchon 36 est coaxiale à un axe 38 qui s'étend perpendiculairement au plan de la surface arrière 34 de la bride 30. L'axe 38 coupe l'axe de roulis 28 en un point 42 à l'intérieur de la forure 40. L' axe 38 forme un petit angle avec l' axe de roulis 28. La paroi du manchon 36 est plus épaisse en bas de la f ig. 1 qu'en haut.

A l'extrémité avant, le manchon 36 est coupé perpendiculairement à l'axe 38, c'est-à-dire obliquement par rapport à l'axe de roulis 28. La surface frontale 44 du manchon 36 est parallèle à la surface arrière 34. Une optique 46 est disposée au moyen d'une monture 48 sur la surface frontale 44. La monture 48 est fixée par des vis 50.

La forure 40 de la structure de tête chercheuse 16 forme un épaulement annulaire 52. Sur cet épaulement annulaire 52 est appliquée la monture 54 d'une fenêtre 56. La monture 54 est maintenue par une bague filetée 58 vissée dans la forure 40.

L'unité détectrice 18 s'étend dans la forure 40 coaxialement à l'axe 38. L'unité détectrice 18 contient un détecteur 60 réalisé sous forme de détecteur matriciel avec un système bidimensionnel carré

d'éléments détecteurs. L'image d'une scène-objet est formée sur le détecteur 60 par le système optique formateur d'image 46. L'unité détectrice 18 présente une partie cylindrique 62 qui s'étend dans la forure 40 et un pied 64. Dans la partie cylindrique 62 est monté un réfrigérant par lequel le détecteur matriciel est refroidi. Le pied 64 est maintenu dans un anneau 66 à forure excentrique, qui est aligné sur la surface arrière 34.

L'unité détectrice 18 est construite de préférence de la manière décrite dans la demande de brevet allemande P 42 44 480.2.

Comme le montre la fig. 1, l'axe de roulis 28 passe à peu près par le bord du champ de vision du détecteur 60 réalisé sous forme de détecteur matriciel. Le champ de vision lui-même est centré sur l'axe 38. Ainsi, le détecteur 60 est disposé rigidement dans le missile guidé ou le projectile, en position excentrique par rapport à l'axe de roulis.

Les conditions de fonctionnement sont représentées schématiquement sur la fig. 2, pour le cas d'un missile guidé.

Le missile guidé 68 présente des ailes en croix 70 à peu près au milieu et des gouvernes en croix 72 à l'arrière. La pointe ou ogive 74 correspond à la fig. 1.

Dans la pointe 74, un détecteur rigide est monté en position excentrique par rapport à l'axe de roulis, selon ce qui est représenté sur la fig. 1. Le champ de vision instantané du détecteur 60 est désigné par 76. De façon correspondant à la forme carrée du détecteur matriciel, le champ de vision instantané 76 est carré lui aussi.

Le missile guidé 68 exécute un mouvement de roulis autour de l'axe de roulis 28. L'axe de roulis 28 s'étend au bord du champ de vision instantané 76. C'est-à-dire qu'un angle 78 du champ de vision instantané se trouve

sur l'axe de roulis 78. Le mouvement de roulis peut être produit par des déflexions appropriées des gouvernes 70 ou 72. Par ce mouvement de roulis, un angle solide relativement grand est balayé par le champ de vision instantané 76 du détecteur 60, qui est relativement petit. Cet angle solide est indiqué sur la fig. 2 par la flèche 80.

Dans le champ de vision instantané 76 du détecteur 60 se trouve une infrastructure au sol, représentée par des arbres 82 et par une cible 84.

Grâce au mouvement de roulis, le plus grand champ de vision 80 peut être balayé. En effet, le champ de vision instantané 76 tourne autour de l'axe de roulis. Le "rayon" du plus grand champ de vision 80 correspond ainsi approximativement aux "diagonales" du champ de vision instantané 76. Certes, dans ces conditions, un plus grand champ de vision est exploré, mais un objet tel que la cible 84 ne se trouve dans le champ de vision instantané 76 que pendant une partie de la rotation. Les fréquences d'actualisation pour la position de la cible sont donc relativement faibles. Cela est un inconvénient au moment où le missile guidé doit être dirigé avec précision vers la cible, lors du guidage dans la phase finale. Pour cette raison, lorsqu'une cible 84 est détectée et que le missile guidé 68 passe au guidage en phase finale, le mouvement de roulis du missile guidé 68, créé dans la phase de recherche de la cible, est supprimé graduellement. L'angle de roulis est stabilisé, par une régulation, dans la zone de la ligne de visée 86 vers la cible détectée. Cette régulation n'a pas besoin d'être excessivement précise. Il suffit que la cible 84 soit sûrement maintenue dans ce champ de vision instantané 76.

La fig. 3 est un schéma fonctionnel du système de guidage du missile guidé 68.

Le détecteur 60 fournit des séquences d'images à un certain rythme. Chaque image est le champ de vision qui correspond au champ de vision instantané 76. Les séquences d'images sont transmises à un dispositif 88 de traitement des images. Le dispositif 88 de traitement des images reçoit respectivement, par des entrées 90 et 92, l'angle de tangage et l'angle de lacet du missile guidé 68. Les angles de tangage et de lacet sont fournis par un calculateur de guidage inertiel non stabilisé 94.

Dans le calculateur de guidage inertiel non stabilisé 94 sont en outre introduits l'angle de roulis et la fréquence de roulis à partir du dispositif 88 de traitement des images. Le calculateur de guidage inertiel non stabilisé 94 reçoit les fréquences de tangage et de lacet par des entrées 96 et 98 respectivement, à partir d'un gyroscope de tangage/lacet 100 par l'intermédiaire d'une unité 102 de traitement des signaux du gyroscope. En outre, le calculateur de guidage inertiel non stabilisé 94 reçoit des données d'accélération d'une unité de mesure d'accélération 104 par l'intermédiaire d'une unité de traitement des signaux 106. Le calculateur de guidage inertiel non stabilise 94 délivre des données de position du missile uidé 68 sur une sortie 108 et des vitesses de rotation du missile guidé 68 sur une sortie 110. Le dispositif 88 de traitement des images fournit, sur une sortie 112, la direction de la ligne de visée 86 vers la cible. Les données de position provenant de la sortie 108, les vitesses de rotation provenant de la sortie 110 et la direction de la ligne de visée provenant de la sortie 112 sont transmises à un régulateur de guidage 114. Le régulateur de guidage 114 délivre des commandes de réglage des gouvernes sur une sortie 116.

Avec le dispositif de guidage décrit en référence à la fig. 3, les angles de tangage et de lacet sont obtenus au moyen d'un gyroscope de tangage/lacet 100 et

d'un calculateur de guidage inertiel non stabilisé 94.

L'angle de roulis et la fréquence de roulis sont dérivés du traitement des images. Cela est expliqué ci-après à l'aide de la fig. 4.

Sur la fig. 4, le champ de vision du détecteur 60 à un instant "n" est désigné par 118. Un objet 120 est reconnaissable dans le champ de vision 118. Les coordonnées de cet objet 120 dans le champ de vision 118 sont x@ et y@. La position de l'axe de roulis 28 dans un angle du champ de vision est prédéfinie en un point fixe par rapport à la limite du champ de vision 118. A l'instant "n+1", le détecteur embrasse un champ de vision qui est représenté en traits discontinus sur la fig. 4 et désigné par 122. L'objet - immobile - 120, qui est situé a peu près au milieu du champ de vision dans l'image du détecteur de l'instant n, glisse dans l'angle inférieur gauche du champ de vision dans l'exemple de la fig. 4. Par rapport à sa position à l'instant n, qui est tracée en traits discontinus sur la fig. 4 et désignée par 124, il se produit un mouvement apparent de l'objet 120, correspondant aux différences de coordonnées #x et #y. Le mouvement apparent d'un détail de l'image tel que l'objet 120 entre des images successives est dû d'une part à un mouvement de roulis et, d'autre part, à un mouvement de tangage et de lacet du missile guidé ou du projectile 68. Cela est reconnaissable au déplacement de l'axe de roulis 28 par rapport à l'objet.

Pour une fréquence d'images élevée fFR, les différences de coordonnées Ax et #y sont fonction des angles de roulis, de tangage et de lacet: Ax = #x(#N, #Q, #R) Ay = #y(# N, #Q, #R)
Le gyroscope de tangage/lacet 100, en combinaison avec l'unité de traitement des signaux 102,94, fournit l'angle de tangage # N et l'angle de lacet # Q, Le dispositif 88 de traitement des images fournit #x et #y.

A partir de ces données, l'angle de roulis et la fréquence de roulis peuvent être déterminés. Dans la pratique, la détermination de Ax et de #y s'effectue en calculant une fonction de corrélation des valeurs de gris d'images successives et en recherchant les maximums de celle-ci.

Les fig. 5 à 7 illustrent la fonction du dispositif 88 de traitement des images. La fonction générale est la "poursuite de l'objet". Cela est représenté par le bloc 126. A cette fin, il est procédé à l'établissement de la fonction de corrélation et, par ce moyen, à la détermination de la position du champ de vision. A partir de là, il peut être établi un champ de vision inertiel, stabilisé électroniquement, dans lequel les informations d'image sont transformées. Cela est représenté sur la fig. 5 par le bloc 128. La seconde fonction est la reconnaissance et la localisation de la cible dans le champ de vision. A cette fin, une valeur de seuil, représentée par la ligne 132, est prédéfinie pour la lecture du signal de sortie du détecteur matriciel, lequel peut présenter par exemple l'allure 130 (fig. 6). Les éléments d'image qui dépassent la valeur de seuil 132 donnent un modèle 134 (fig. 7). Un point de poursuite 136 est déterminé à partir de ce modèle. Le point de poursuite définit la ligne de visée 86 vers la cible. Le guidage est effectué comme d'habitude, de sorte qu'il tende à maintenir la ligne de visée 86 en position fixe dans l'espace.

Claims

REVENDICATIONS

1.- Tête chercheuse pour missiles guidés ou projectiles, comportant un détecteur à résolution d'images (60) incorporé rigidement, caractérisé (a) en ce qu'il est prévu, sur le missile guidé ou le projectile (68), des moyens pour produire un mouvement contrôlé de roulis autour de son axe de roulis (28), et (b) en ce que le détecteur à résolution d'images (60) est disposé de manière à embrasser un champ de vision (76) excentrique par rapport à l'axe de roulis (28) du missile guidé ou du projectile (68).

2.- Tête chercheuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'axe de roulis (28) du missile guidé ou du projectile (68) passe à travers le champ de vision (76) du détecteur (60).

3.- Tête chercheuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que le détecteur à résolution d'images (60) est un détecteur matriciel comportant un système bidimensionnel rectangulaire d'éléments détecteurs.

4. - Tête chercheuse selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'un angle du champ de vision rectangulaire (76) se trouve sur l'axe de rotation (28) du missile guidé ou du projectile (68).

5.- Tête chercheuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens pour créer le mouvement de roulis peuvent être commandés de telle sorte qu'après l'accrochage de la cible, le mouvement de roulis soit supprimé graduellement et que l'angle de roulis soit stabilisé dans la zone de la ligne de visée (86) de la cible (84).

6.- Tête chercheuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'il est prévu des moyens (88) de traitement des images, au moyen desquels des fréquences de roulis peuvent être déterminées à partir de séquences d'images du détecteur à résolution d'images <60) , par observation du mouvement apparent de détails des images dans le champ de vision (76) du détecteur <60).

7.- Tête chercheuse selon la revendication 6, caractérisé en ce que des moyens gyroscopiques (100) sont prévus pour générer des signaux de tangage et de lacet, les signaux de tangage et de lacet étant également délivrés aux moyens (88) de traitement des images.