FR2939882A1

FR2939882A1 - Procede de programmation d'une fusee de projectile et fusee mettant en oeuvre un tel procede

Info

Publication number: FR2939882A1
Application number: FR0807091A
Authority: FR
Inventors: Thierry Robert
Original assignee: Nexter Munitions SA
Current assignee: KNDS Ammo France SA
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-06-18
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: FR2939882B1

Abstract

L'invention a pour objet un procédé de programmation d'une fusée (1) de projectile à partir d'un moyen de programmation (5), procédé dans lequel on introduit dans la fusée (1) une information de chronométrie. Ce procédé est caractérisé en ce que l'information de chronométrie T est sous la forme d'un signal numérique et en ce que cette information est corrigée au niveau de la fusée (1) (ou respectivement du moyen de programmation (5)) en appliquant à l'information de chronométrie un coefficient correctif calculé en faisant le rapport entre une valeur théorique et une valeur mesurée d'un motif de référence fourni par le moyen de programmation (5) (respectivement la fusée (1)).

Description

Le domaine technique de l'invention est celui des procédés permettant de programmer une fusée de projectile et notamment des procédés de programmation d'une information de chronométrie.

Il est classique de concevoir des munitions incorporant une fonction de mise à feu sur trajectoire à l'issue d'un intervalle de temps programmé avant tir. On connaît des munitions fonctionnant en mode chronométrique dans tous les calibres. Ces munitions sont Io connues dans le domaine des munitions de gros calibre (supérieur à 45 mm), que se soit pour l'artillerie de campagne ou l'artillerie de char. Elles sont également connues dans le domaine des munitions de moyen calibre (calibre compris entre 20 mm et 45 mm). 15 La plupart du temps les munitions incorporent un calculateur comportant une horloge précise afin d'assurer la précision du décomptage du temps programmé. S'il est aisé de mettre en œuvre une telle horloge dans les munitions de gros calibre ou bien dans les missiles, il est beaucoup plus 20 délicat de les utiliser dans les munitions de moyen calibre. Cela est à la fois dû aux problèmes de résistance au tir canon et au coût des composants durcis. On a donc le plus souvent recours dans le domaine du moyen calibre à des fusées chronométriques mécaniques (qui 25 sont également coûteuses) et lorsque l'on utilise des fusées électroniques on leur associe une horloge peu coûteuse telle un oscillateur sur silicium. La précision de décomptage du temps est alors insuffisante car, si la fréquence d'une telle horloge est stable, il existe une forte variabilité d'un 30 composant à l'autre au niveau de la fréquence de fonctionnement effective, ce qui conduit à une incertitude sur l'instant de déclenchement réel de la munition. Par ailleurs la fréquence de l'oscillateur varie aussi avec la température. Il y a donc aussi une variabilité des 35 caractéristiques de ce composant en fonction des conditions de tir. L'invention a pour but de proposer un procédé de programmation qui permette de pallier de tels inconvénients et qui assure en particulier une précision de déclenchement de la munition satisfaisante malgré les dispersions de caractéristiques des composants mis en œuvre. L'invention permet donc d'assurer une précision de déclenchement quelles que soient les variations, même celles dues à la température. En effet l'invention assure une correction à l'instant même du tir. Elle prend donc en compte les caractéristiques de l'oscillateur et de la fusée à cet instant de tir.

Le procédé selon l'invention permet donc de réaliser effectivement une fusée électronique programmable peu encombrante et peu coûteuse car elle met en oeuvre des composants bon marché et robustes. Ainsi l'invention a pour objet un procédé de programmation d'une fusée de projectile à partir d'un moyen de programmation, procédé dans lequel on introduit dans la fusée une information de chronométrie, procédé caractérisé en ce que l'information de chronométrie est sous la forme d'un signal numérique et en ce que cette information est corrigée au niveau de la fusée (ou respectivement du moyen de programmation) en appliquant à l'information de chronométrie un coefficient correctif calculé en faisant le rapport entre une valeur théorique et une valeur mesurée d'un motif de référence fourni par le moyen de programmation (respectivement la fusée). Selon un premier mode de réalisation, on introduit dans la fusée, avant le signal numérique de chronométrie, le motif de référence qui est fourni par le moyen de programmation, motif de référence dont la durée théorique est mise en mémoire dans la fusée et dont la durée réelle est mesurée par la fusée, le rapport entre la durée réelle mesurée et la durée théorique étant le coefficient correctif utilisé par la fusée pour apporter une correction au signal de chronométrie. Avantageusement, la fusée sera alimentée en énergie par le moyen de programmation qui fournira un signal comprenant successivement une première partie assurant l'alimentation en énergie et une deuxième partie fournissant le signal de 3 chronométrie, le motif de référence étant porté par le signal d'alimentation. La première partie du signal assurant l'alimentation en énergie pourra être un signal périodique, le motif de 5 référence étant constitué par un nombre fixe d'oscillations du signal fourni. Avant de corriger le signal de chronométrie, on pourra par ailleurs procéder au niveau de la fusée à un changement d'échelle de la valeur de la chronométrie de façon à 10 augmenter le nombre de bits représentant cette valeur. Selon un second mode de réalisation, la fusée transmet au moyen de programmation un motif de référence ayant une durée théorique mise en mémoire dans le moyen de programmation, ce dernier assurant la mesure de la durée réelle de ce motif le 15 rapport entre la durée théorique et la durée réelle mesurée étant le coefficient correctif utilisé par le moyen de programmation pour élaborer le signal de chronométrie qu'il transmet à la fusée. L'invention a également pour objet une fusée de 20 projectile permettant la mise en œuvre d'un tel procédé. Cette fusée comporte un moyen de calcul couplé à une horloge et à une source d'énergie, et elle est caractérisée en ce que le moyen de calcul est un composant logique programmable. 25 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de différents modes de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels : - la figure 1 est un synoptique général de la structure 30 d'une fusée selon l'invention associée à son moyen de programmation, - la figure 2 est une vue schématique de la structure du signal de programmation, - la figure 3 montre la modification du signal de 35 chronométrie par changement d'échelle. En se reportant à la figure 1, une fusée 1 d'un projectile (non représenté) comporte un module de calcul 2 qui est alimenté en courant par une première source d'énergie

4 3 (par exemple un condensateur). Le module de calcul 3 reçoit une information de détection de l'instant de tir qui lui est fournie par un capteur 4 (par exemple un composant piézoélectrique qui détecte le tir, ou bien un simple contact). Il reçoit par ailleurs une information de chronométrie Tprog qui lui est fournie par un moyen de programmation 5 solidaire par exemple d'un système d'arme (non représenté). Cette information pourrait être transmise par des contacts électriques, plus avantageusement elle est transmise par un couplage inductif entre une bobine de programmation 6 solidaire du système d'arme et une bobine de réception 7 solidaire du projectile. Le module de calcul 2 incorpore un oscillateur sur silicium (oscillateur rustique) et une programmation qui va assurer notamment la détermination de l'instant de déclenchement du projectile à partir de l'information de chronométrie Tprog qui est reçue et de la détection de l'instant de tir. A l'instant de déclenchement, le module de calcul 2 va commander la fermeture d'un contacteur 8 (contacteur statique, tel un thyristor) qui relie une amorce 9 et une deuxième source d'énergie 10. D'une façon classique l'amorce 9 assurera la mise en détonation d'une charge explosive non représentée. La deuxième source d'énergie 10 est constituée par exemple par une pile amorçable ou par un condensateur qui est chargé lors du tir, par exemple par un générateur électromagnétique. On dissocie la première source d'énergie 3 et la deuxième source 10. En effet la première source 3 a pour fonction d'assurer l'alimentation en énergie du calculateur 2 alors que la deuxième source 10 doit commander la mise à feu de l'amorce 9. Pour des raisons de sécurité la deuxième source 10 ne doit pas être chargée avant le tir. On évite ainsi tout 35 risque de mise à feu intempestive. Au contraire la première source 3 doit assurer l'alimentation du calculateur 2, ce qui est nécessaire avant le tir pour permettre le traitement des informations de programmation reçues. Le besoin en énergie du calculateur 2 est par ailleurs modéré. Le condensateur 3 sera chargé d'une façon préférée par le signal Sch reçu du moyen de programmation 5 via les bobines 6 et 7. On pourra utiliser soit un signal de charge spécifique ayant une amplitude appropriée, soit directement le signal de programmation qui aura une amplitude suffisante et dont on codera la fréquence pour transmettre le signal de Io programmation. D'une façon préférée (figure 2), on décomposera temporellement le signal de programmation S en deux parties successives, une première partie Sch assurant la fourniture d'énergie et une deuxième partie Sprog fournissant la 15 programmation de chronométrie Tprog. Conformément à l'invention, l'information de chronométrie est sous la forme d'un signal numérique (signal obtenu par un codage en fréquence d'un signal sinusoïdal) et par ailleurs on corrige cette information pour prendre en compte les 20 caractéristiques de fréquence particulières de l'oscillateur incorporé dans le calculateur 2 de la fusée. Cette correction pourra être réalisée au niveau de la fusée ou bien au niveau du moyen de programmation. La correction réalisée au niveau de la fusée 1 est plus 25 particulièrement intéressante dans le domaine des munitions de moyen calibre car la programmation doit être très rapide, les munitions se succédant les unes derrière les autres dans le couloir d'alimentation de l'arme (tir en rafale). Dans ce cas la programmation est unidirectionnelle. Il 30 n'existe en effet un signal transmis que du moyen de programmation vers la fusée. La correction réalisée au niveau du moyen de programmation est intéressante dans le domaine du gros calibre. En effet les contraintes de cadence sont moindres 35 pour ce calibre et il existe déjà par ailleurs un besoin de dialogue entre la fusée et le dispositif de programmation, ce dernier devant prendre en compte les caractéristiques propres au projectile qui doit être tiré.

Dans ce cas la programmation est bidirectionnelle. Le moyen de programmation échangeant des données avec la fusée avant de lui transmettre la programmation. Dans les deux cas, la correction sera effectuée en appliquant à l'information de chronométrie un coefficient correctif qui sera calculé en faisant le rapport entre une valeur théorique et une valeur mesurée d'un motif de référence. Lorsque la correction est réalisée au niveau de la fusée, l0 le motif de référence est fourni par le moyen de programmation. Lorsque la correction est réalisée au niveau du moyen de programmation, le motif de référence est fourni par la fusée. Conformément à un premier mode de réalisation de 15 l'invention, on va réaliser la correction au niveau de la fusée. La figure 2 montre en fonction du temps le signal S qui est fourni à la fusée 1 par le moyen de programmation 5. Il s'agit d'un signal sinusoïdal d'une fréquence de 20 l'ordre de la centaine de kHz. Ce signal S comprend successivement une première partie Sch assurant l'alimentation en énergie et une deuxième partie Sprog fournissant le signal de chronométrie Tprog. Si To correspond à l'instant initial de réception du 25 signal par la fusée 1, Tb est l'instant auquel la source d'énergie 3 est effectivement chargée (la fusée incorpore bien entendu un circuit assurant le redressement du signal S avant la charge de la capacité 3 (un tel circuit est bien connu de l'Homme du Métier et il n'est pas nécessaire de le 30 décrire ici). La durée Tb-To est de l'ordre de quelques centièmes de seconde (pour une fréquence de l'ordre de 100kHz). A l'instant Tb le calculateur 2 est donc opérationnel. Ce dernier va tout d'abord mesurer un motif de référence entre 35 l'instant Tc et l'instant Td. Le motif de référence Tref est donc porté ici par la première partie Sch du signal d'alimentation.

D'une façon simple le calculateur 2 est programmé pour mesurer la durée Tmes d'un nombre fixe d'oscillations du signal Sch. La valeur théorique Tref de cette durée est celle définie lors de la conception du dispositif de programmation et des fusées associées. Par exemple pour mille oscillations d'un signal de 100 kHz la durée théorique Tref est de 0,01 seconde. Or la fusée 1 va mesurer la durée Tmes en utilisant son horloge dont la fréquence est décalée par rapport à celle de l'horloge du moyen de programmation 5. La durée Tmes sera donc différente de la durée Tref. le rapport Tmes/Tref constitue un coefficient correctif Ccor qui sera utilisé par le moyen de calcul pour corriger la valeur de programmation Tprog qui est lue sur la deuxième partie du signal Sprog• En effet, si une telle correction n'était pas appliquée, la fusée 1 utiliserait la valeur de programmation reçue qu'elle décompterait avec une horloge interne qui n'a pas la même fréquence que l'horloge du moyen de programmation. Il en résulterait une erreur sur l'instant de déclenchement effectivement obtenu, erreur pouvant conduire à un écart par rapport à une cible de quelques dizaines de mètres pour un projectile de 25mm (cible à 1000m). La succession des étapes conduites par le moyen de calcul est donc la suivante . 1- Mesure Tmes d'un nombre fixe d'oscillations du signal 25 Sch, 2- Calcul du coefficient Ccor = Tmes/Tref 3- Détermination de la valeur de programmation théorique Tprog incluse dans la deuxième partie du signal (Sprog) , 4- Calcul de la valeur de programmation Tcor corrigée à 30 prendre effectivement en compte par la fusée : Tcor = Tprog x Ccor. Selon une autre caractéristique de l'invention on va mettre en oeuvre au niveau de la fusée un calculateur 2 sous la forme d'un composant ou circuit logique programmable. Ces 35 composants sont très robustes et permettent de réaliser à moindre coût les fonctions logiques souhaitées.

Leurs capacités de calcul restent cependant limitées et il se pose également le problème de la précision des calculs effectués lorsque les données sont sous forme numérique. En effet en code binaire les valeurs calculées vont se 5 trouver arrondies ce qui peut avoir pour effet d'introduire une erreur de calcul pouvant conduire à des écarts sur l'instant de déclenchement du projectile. Conformément à une autre caractéristique de l'invention cet inconvénient sera évité en procédant (avant de corriger 10 le signal de chronométrie) au niveau du moyen de calcul 2 de la fusée à un changement d'échelle de la valeur de la chronométrie de façon à augmenter le nombre de bits représentant cette valeur. La figure 3 montre d'une part (en partie supérieure) le 15 signal Tprog codé sur 14 bits (tel que décodé par le calculateur 2 à partir du signal sinusoïdal Sprog)et d'autre part (partie inférieure) ce signal (Tprog) 1, modifié par changement d'échelle par un codage sur 19 bits. L'opération a consisté numériquement à ajouter 5 bits de 20 poids faible donc à multiplier la valeur binaire du signal Tprog par 25. Une telle opération qui s'effectue aisément au niveau d'un composant logique programmable augmente la résolution (la précision) de l'information de programmation traitée. En effet la résolution d'origine se trouve ainsi 25 divisée également par 25 = 32. A titre d'exemple numérique si la résolution du signal de programmation Tprog est de r=0,5 millisecondes (ms), la résolution du signal (Tprog)i est de 0,0156 ms. L'ajout de bits de poids faible rend possible les 30 opérations de division nécessaires pour évaluer la valeur de programmation corrigée Tcor. Pour simplifier encore les traitements mathématiques au niveau du circuit logique programmable on va évaluer le coefficient correctif de la façon suivante : 35 On considérera que l'horloge de la fusée 1 est exacte et on va donc compter le nombre d'oscillations reçues du moyen de programmation pendant une période de temps égale au motif de référence attendu (temps mesuré avec l'horloge de la fusée). Par exemple si la période de référence est de 1000 périodes pour une fréquence de référence de 100kHz, le moyen de calcul 2 de la fusée va compter combien de périodes apparaissent sur le signal pendant un intervalle de temps correspondant aux 1000 périodes de l'horloge de la fusée (mais dont la fréquence est entachée d'erreur). Ftusée = Fret +/- 8F.

Le moyen de calcul va ainsi déterminer un écart de comptage Ecompt par rapport à ce qui est effectivement attendu (1000 périodes). Cet écart pourra être positif ou négatif. Le comptage sera effectué avec une résolution R (ou précision) qui dépend du nombre de bits affectés à cette opération.

Dans ce cas l'erreur apportée par la fusée est égale au rapport de l'écart de comptage mesuré sur la résolution du comptage et on pourra déterminer la correction à apporter à la chronométrie par : Tcor = Tprog x ( 1 + Ecompt/R) Les calculs conduits par le calculateur sont donc essentiellement une division de la valeur Tprog par la résolution du comptage (qui est une puissance de 2 : 2N pour un comptage sur N bits) puis une multiplication par le déclage Ecompt qui sera de préférence codé avec un nombre de bits égal à celui du quotient de la division Tprog/R. Le résultat obtenu est ajouté (ou retranché si Ecompt négatif) à la valeur Tprog reçue du moyen de programmation. Un tel mode de calcul est particulièrement simple au niveau d'un calculateur de type composant logique programmable. En effet la division par une puissance de 2 (2N) signifie en codage binaire la suppression pure et simple de N bits de poids faible. Le fait d'avoir ajouté au préalable un certain nombre de bits à la valeur Tprog reçue va permettre de ne pas dégrader 35 la précision du calcul. Concrètement on a pu vérifier qu'avec une fusée d'un projectile de 25mm (vitesse initiale 430 m/s) dont on cherche à programmer le déclenchement à 1000 m, si l'erreur en

10 distance était de près de 15 m sans la correction proposée par l'invention elle pouvait être ramenée à moins d'un mètre avec une correction conforme à l'invention et dans laquelle on a ajouté 3 bits au signal Tprog au niveau du calculateur.

Cette erreur est réduite à près de 0,2 m lorsqu'on ajoute 5 bits au signal Tprog. On vérifie bien ainsi l'impact sur la précision de déclenchement qui est obtenu par l'ajout de bits au signal Tprog. Un tel type de programmation est compatible des 10 composants logiques programmables du commerce et tout à fait implantable dans une fusée de moyen calibre. Conformément à une deuxième mode de réalisation de l'invention on va utiliser les ressources de calcul du moyen de programmation 5 lui-même pour corriger la programmation. 15 Une telle variante est plus particulièrement adaptée au domaine du gros calibre pour lequel les échanges bidirectionnels entre la fusée 1 et le moyen de programmation 5 sont possibles et recherchés. Le principe de fonctionnement du procédé est analogue 20 mais les caractéristiques de l'horloge de la fusée vont être évaluées, non pas par la fusée 1 elle-même, mais par le moyen de programmation 5. Pour ce procédé particulier, le moyen de programmation 5 va tout d'abord demander à la fusée 1 de lui transmettre un 25 signal (motif de référence). La transmission pourra se faire comme dans l'exemple précédent par induction, mais elle sera aussi possible par l'intermédiaire de contacts électriques. La durée théorique de ce signal est mise en mémoire dans 30 le moyen de programmation 5 et ce dernier va mesurer la durée réelle du motif. Comme dans l'exemple précédent il suffira par exemple au moyen de programmation 5 de mesurer la durée Tmes d'un nombre fixe d'oscillations fournies par la fusée. 35 Le moyen de programmation incorpore bien entendu un calculateur qui va réaliser l'évaluation d'un coefficient Ccor = Tref/Tmes

11 Ce coefficient est l'inverse du précédent. En effet on mesure ici les signaux fournis par la fusée avec un moyen de mesure qui est l'oscillateur de référence lié au moyen de programmation alors que précédemment on mesurait les signaux de référence avec un moyen de mesure comportant une erreur de fréquence. C'est ensuite le moyen de programmation 5 lui-même qui va corriger sa propre programmation et transmettre à la fusée une information de programmation modifiée et prenant en compte l'erreur de fréquence propre à l'oscillateur de la fusée. Tcor = Tprog x Ccor. Le calcul de correction est ici effectué au niveau du moyen de programmation 5 pour lequel il n'y a pas de problèmes de volume d'intégration. Par ailleurs les contraintes liées au tir du projectile et au coût des composants ne se posent pas. Le moyen de programmation peut donc incorporer notamment un microprocesseur dont les capacités de calcul permettent d'assurer sans difficultés les opérations souhaitées et avec le niveau de précision souhaité. Il est donc inutile de procéder ici à la mise en oeuvre des moyens permettant d'améliorer la précision du calcul.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de programmation d'une fusée (1) de projectile à partir d'un moyen de programmation (5), procédé dans lequel on introduit dans la fusée (1) une information de chronométrie, procédé caractérisé en ce que l'information de chronométrie Tprog est sous la forme d'un signal numérique et en ce que cette information est corrigée au niveau de la fusée (1) (ou respectivement du moyen de programmation (5)) en appliquant à l'information de chronométrie un coefficient correctif Ccor calculé en faisant le rapport entre une valeur théorique et une valeur mesurée d'un motif de référence fourni par le moyen de programmation (5) (respectivement la fusée (1)) .
2. Procédé de programmation d'une fusée de projectile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit dans la fusée (1), avant le signal numérique de chronométrie, le motif de référence qui est fourni par le moyen de programmation, motif de référence dont la durée théorique est mise en mémoire dans la fusée et dont la durée réelle est mesurée par la fusée, le rapport entre la durée réelle mesurée et la durée théorique étant le coefficient correctif utilisé par la fusée pour apporter une correction au signal de chronométrie.
3. Procédé de programmation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fusée (1) est alimentée en énergie par le moyen de programmation (5) qui fournit un signal S comprenant successivement une première partie (Sch) assurant l'alimentation en énergie et une deuxième partie (Sprog) fournissant le signal de chronométrie (Tprog), le motif de référence Tref étant porté par le signal d'alimentation (Sch).
4. Procédé de programmation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première partie (Sch) du signal assurant l'alimentation en énergie est un signal périodique, le motif de référence TTef étant constitué par un nombre fixe d'oscillations du signal fourni.
5. Procédé de programmation selon une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce qu'avant de corriger le signal de chronométrie, on procède au niveau de la fusée (1) à unchangement d'échelle de la valeur de la chronométrie de façon à augmenter le nombre de bits représentant cette valeur.
6. Procédé de programmation d'une fusée de projectile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fusée (1) transmet au moyen de programmation (5) un motif de référence ayant une durée théorique mise en mémoire dans le moyen de programmation, ce dernier assurant la mesure de la durée réelle de ce motif, le rapport entre la durée théorique et la durée réelle mesurée étant le coefficient correctif Ccor utilisé par le moyen de programmation (5) pour élaborer le signal de chronométrie qu'il transmet à la fusée (1).
7. Fusée de projectile permettant la mise en œuvre du procédé selon la revendication 5, fusée (1) comportant un moyen de calcul (2) couplé à une horloge et à une source d'énergie (3), fusée caractérisée en ce que le moyen de calcul (2) est un composant logique programmable.