Dispositif pour déterminer au moins une composante de l'orientation d'un appareil, notamment pour déterminer les variations d'orientation d'un appareil photographique lors de prises de vues aériennes en série L'invention est relative aux dispositifs pour déter miner au moins une composante de l'orientation d'un appareil, c'est-à-dire la valeur de l'un au moins des angles formés chacun par les axes d'un système dé coordonnées lié à cet appareil avec une droite de référence fixe dans l'espace absolu, et elle concerne plus spécialement, mais non exclusivement, parmi ces dispositifs, ceux pour déterminer les variations d'orientation des appareils utilisés en navigation aé rienne,
notamment des appareils photographiques montés sur les aéronefs pour effectuer des séries de prises de vue aériennes du sol dans des buts de carto graphie de précision (levé aérophotogrammétrique), l'orientation des droites de référence étant, dans ce dernier cas, liée à l'orientation de l'appareil photo graphique au début de chaque série de prises de vue.
Une forme d'exécution particulière du dispositif adaptée à un appareil pour levés aérophotogrammé- triques permet notamment d'enregistrer les variations d'orientation subies par un appareil photographique entre d'eux prises de cliché successives, en même temps que sont effectuées ces prises de cliché, afin de permettre une restitution plus simple et plus exacte des résultats obtenus par ces clichés.
Le dispositif objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend, montés sur l'appareil dont on veut déterminer l'orientation, au moins un gyroscope dont la partie mobile est équilibrée autour de son centre de gravité (gyroscope dit libre ) et des moyens pour marquer ou enregistrer d'une façon discontinue ou non au moins une composante de l'orientation prise à chaque instant par l'axe de rota tion de ce gyroscope par rapport audit appareil, ces moyens étant constitués de préférence par un sys tème optique conservant une position fixe par rap port à l'axe de ce gyroscope (ledit système étant de préférence un miroir plan perpendiculaire audit axe), une source lumineuse intermittente ou non,
au moins une échelle graduée, propre à être éclairée par cette source, et des moyens optiques capables de former sur un film photosensible une image, de préférence agrandie et partielle, de ladite échelle, image dont la position dépend de l'orientation relative du susdit système optique, le faisceau lumineux compris. entre l'échelle et son image étant, à cet effet, plus ou moins dévié par ledit système, en étant, notamment, réfléchi par ledit miroir.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécu tion particulière du dispositif objet de l'invention.
La fig. 1 représente, partie en élévation schéma tique et partie en coupe verticale, un appareil photo graphique équipé de cette forme d'exécution.
La fig. 2 montre une image enregistrée sur la pel licule équipant le dispositif représenté sur la fig. 1. A la fig. 1, 1 désigne un appareil photographique monté sur un support 2 solidaire d'un aéronef, no tamment par l'intermédiaire de butées élastiques 3 propres à absorber les vibrations. Pour repérer avec précision les variations d'orientation<B>de</B> cet appareil aux instants où sont pris les différents clichés, on s'y prend comme suit.
Il convient de rappeler préalablement que, pour établir la carte d'une région ou effectuer un levé géographique à partir de photographies aériennes, il est nécessaire de connaître les différentes orientations de l'appareil photographique aux instants où ont été pris les différents clichés.
En général, on déduit cette orientation de proche en proche à partir de la comparaison des portions, de deux clichés voisins, qui se recouvrent et forment un couple stéréophotographique , ce qui nécessite l'utilisation d'appareils optiques délicats et coûteux et/ou la résolution de problèmes analytiques fasti dieux.
Pour simplifier cette opération, dite d' aéro- triangulation , on a déjà proposé de repérer, en même temps qu'est pris chaque cliché, la direction du soleil ou celle de l'horizon par rapport à l'appa reil photographique, mais ces procédés conduisent à des modes de réalisation encombrants et complexes et ils exigent, respectivement, un ensoleillement con tinu et l'existence d'un horizon plat et dégagé.
On a encore proposé de repérer dans le même but la position relative de l'axe de rotation d'un gyroscope asservi à la verticale par un érecteur ou tout autre système pendulaire: l'orientation d'un tel axe est malheureusement sujette aux variations de vitesse et d'orientation de l'aéronef et les erreurs de repérage angulaire qui en découlent peuvent attein dre 10 minutes d'arc, ce qui n'est pas admissible pour un levé géographique de précision.
Pour pallier ces divers inconvénients, on utilise au moins un gyroscope libre, c'est-à-dire parfaite ment équilibré autour de son centre de gravité, son axe de rotation demeurant fixe dans l'espace absolu à un mouvement de précession près, lequel est linéaire et peut faire l'objet d'une correction facile (les erreurs pouvant provenir de la rotation terrestre, de l'accélération de Coriolis et de la convergence des verticales pouvant aussi faire éventuellement l'objet de corrections suivant des voies connues).
Un tel gyroscope peut être par exemple constitué à partir d'un gyroscope asservi à une accélération extérieure (pesanteur ou autre) en supprimant les moyens d'asservissement (tels que balourds) qu'il comporte.
Il comprend par exemple, comme bien connu pour les gyroscopes à érecteur, une toupie entraînée à vitesse constante par un moteur alimenté en cou rant triphasé ou par tout autre moyen, ladite toupie étant liée à sa cage, par une suspension à la Cardan montée sur roulements, de façon telle qu'elle pivote autour de deux axes perpendiculaires entre eux se croisant au centre de gravité de l'équipage mobile.
Des moyens de rappel, comprenant notamment une fourchette mue électriquement dont les dents ont des profils progressifs (fourchette désignée parfois dans cette technique sous le nom de tulipe ), per mettent de rendre au début des mesures le plan de rotation de la toupie parallèle à celui de référence de sa cage, lequel est par exemple sensiblement hori zontal lorsque la trajectoire de l'aéronef est rectili gne et horizontale.
Comme déjà dit plus haut, il faut bien compren dre qu'il n'est nullement question ici de repérer le point nadir ou l'horizon, ou toute autre donnée dont la position serait fonction de l'orientation de la ver ticale : les gyroscopes classiques qui permettent de tels repérages sont en effet asymétriques, ce qui les rend sensibles aux accélérations accidentelles.
Dans le mode d'application illustré, on monte sur l'appareil 1 la cage 4 d'un gyroscope libre (schéma tisé en 5 sur la fig. 1) équipé d'un miroir plan 6, lequel est disposé de façon telle qu'il demeure rigou reusement dans son orientation initiale, voisine de l'horizontale mais inconnue, durant la mission photo graphique (aux erreurs susdites près).
On rend solidaires de la cage - une source de lumière 7, par exemple une lampe flash ; - un réticule 8 constitué par un quadrillage gradué ; - un premier objectif 9 ayant pour plan focal objet le plan du réticule ; - des miroirs 10 propres à couder l'axe optique de l'objectif pour réduire l'encombrement de l'ins trument ; - une lame semi-transparente et semi-réfléchissante 11 à la sortie de l'objectif 9 ; - un hublot 12 logé dans la cage du gyroscope ;
- un deuxième objectif 13 avec des miroirs 14, uti lisés comme les miroirs 10 dans un but de réduc tion d'encombrement et une chambre photogra phique 15 équipée d'une pellicule sensible 16 dans le plan focal image de l'objectif 13.
On dispose ces divers éléments de façon telle que le faisceau lumineux émis par la source 7 tra verse le réticule 8, se réfléchit sur les miroirs 10, traverse l'objectif 9 d'où il sort sous forme d'un faisceau de lumière parallèle, traverse la lame 11, le hublot 12, se réfléchit sur le miroir 6, traverse à nouveau le hublot 12 en sens inverse du précédent, se réfléchit sur la lame 11, traverse l'objectif 13 et forme sur la pellicule 16 l'image agrandie d'une por tion du réticule 8.
On conçoit aisément que cette image diffère sui vant les positions du miroir 6 par rapport à la cage 4 du gyroscope, c'est-à-dire en définitive suivant les inclinaisons transversale et longitudinale de l'aéronef sur le plan de référence : elle ne correspond' à la partie centrale du réticule que si le faisceau lumi neux est réfléchi exactement sur lui-même par le miroir 6, c'est-à-dire si les inclinaisons transversale et longitudinale de l'aéronef sont nulles par rapport à la position initiale du calage.
On dispose de préférence juste avant le film sen sible 16 un réticule 17 constitué par une lame de verre sur laquelle est gravé un repère tel qu'une croix.
Dans ce cas, l'image enregistrée sur le film a par exemple l'allure de celle représentée sur la fig. 2 où l'on a désigné par 18 l'image de la graduation du réticule 8 et par 19 celle de .la croix du réticule 17 si ces images sont celles obtenues directement (film négatif observé en direction de la flèche Fi) par le dispositif illustré sur la fig. 1, et si la direction géné- rale de propagation de l'aéronef est celle de la flèche F, , elle correspond à un aéronef montant sous un angle de 0,65 grade et incliné vers la droite de 0,90 grade.
Si f est la distance focale de l'objectif 9 et f celle de l'objectif 13, le système travaille sous un grossisse ment égal<I>à</I> 2f'lf <I>:</I> le choix des objectifs permet donc de déterminer la sensibilité du dispositif qui, en pra tique, atteint facilement le '/ioo de grade.
Bien entendu, on peut prévoir tout moyen dési rable pour associer l'enregistrement des images de repérage et celui des clichés aériens.
Dans un mode de réalisation particulier, on fait déclencher l'éclair de la lampe 7 à partir de la lu mière introduite dans la chambre noire de l'appareil photographique 1 lors de l'ouverture de son obtura teur, au moyen par exemple d'une cellule photoélec trique sensible à ladite lumière et capable d'actionner un circuit électronique approprié. Ou bien l'on pré voit un microcontact propre à être actionné en même temps que ledit obturateur et à fermer alors un cir cuit électrique approprié.
Dans ces cas, la chambre 15 ne comporte pas d'obturateur, mais l'ensemble de la lampe 7 et du dispositif optique doit être maintenu à l'abri de toute lumière autre que celle émise par ladite lampe.
Selon une variante, la chambre 15 possède son propre obturateur et sa commande est synchronisée avec celle de l'obturateur principal, le réticule 8 étant maintenu constamment éclairé.
Selon encore une variante, le film 16 ne fait qu'un avec le film principal, l'image de repérage étant par exemple reproduite sur une marge ou dans un coin de la photo aérienne correspondante, de préfé rence en même temps que cette dernière, les deux clichés étant avantageusement obtenus à l'aide de deux obturateurs distincts synchronisés. Tous autres dispositifs d'avancement automati que ou non du (ou des) film(s), d'enregistrement auxiliaire (numéro d'ordre), etc., à la portée de l'homme de l'art, peuvent également être prévus.
Les dispositifs décrits permettent de simplifier considérablement les opérations d"aérotriangulation nécessaires pour l'établissement des cartes, et autres levés géographiques de précision à partir de photos aériennes, les variations d'orientations sous lesquelles ont été pris les différents clichés étant connues pour chacun d'eux par simple lecture des clichés de repé rage correspondants.
D'autres variantes sont possibles, notamment - celles où le dispositif comprendrait un deuxième gyroscope libre propre à fournir, semblablement à ce qui a -été décrit, les variations d'orientation de l'appareil dans un troisième plan de référence; par exemple dans le plan horizontal (l'axe du deuxième gyroscope étant alors horizontal) si les deux premiers sont, respectivement, ceux d'incli naison transversale et longitudinale d'un aéronef ;
- celles où le système optique solidaire de l'axe du gyroscope serait, non pas un miroir plan, mais un miroir concave ou convexe, ou un prisme, ou tout autre système optique propre à faire dévier le faisceau lumineux émis par la source 7 sans l'absorber totalement en fonction de la position relative dudit axe par rapport à la cage du gyros cope ; - Celles où les moyens pour déterminer et/ou enre gistrer les variations d'orientation relative de l'axe du gyroscope libre ne seraient pas optiques, mais par exemple électriques et constitués par des potentiomètres de précision ;
- celles où le film sensible 16 serait remplacé ôu secondé par un dispositif d'observation, tel qu'une plaque en verre dépoli, l'enregistrement des indi cations pouvant être effectué de toute façon dési rable, manuelle, électrique ou autre.