FR2670300A1 - Systeme magnetique de mesure de position relative. - Google Patents

Abstract

Un système de mesure de position relative de torpille, comprenant un système sonar actif 10 et un système magnétigue passif 24, 26, 28, est relié à un ordinateur 18 gui opère, en réponse à une série de programmes mémorisés dans l'ordinateur, les deux systèmes étant logés dans la torpille pour un guidage sur une cible ferreuse 14. Pour des portées longues et moyennes, la torpille est dirigée vers la cible par le système sonar tandis que pour de petites portées, le système magnétique détermine les coordonnées x, y, z de position relative entre cible et torpille en concordance avec un modèle magnétique mémorisé étalonné 32 de la cible et une solution numérique d'équations non linéaires liant le champ magnétique de cible, mesuré dans la torpille, avec la position relative de cible. Une information de guidage ainsi obtenue est ensuite appliquée au système 12 de guidage de torpille sur un point désiré d'impact sur la cible.

Description

La présente invention concerne d'une façon générale des systèmes de mesure

de positions utilisant

des détecteurs magnétiques et elle a trait plus parti-

culièrement à un système pour déterminer les positions relatives entre une torpille navale et une cible ferreu-

se et pour diriger ensuite la torpille sur la cible.

Un impact précis d'une torpille est mainte-

nant essentiel pour des navires et sous-marins moder-

nes du fait des récents perfectionnements des techni-

ques de construction de navires Par exemple, il est usuellement souhaitable que la torpille percute la cible à proximité de son centre et non dans l'étrave

ou dans la poupe pour causer le maximum de dommages.

Des torpilles modernes utilisent typiquement des systèmes sonar pour fournir à leurs systèmes de guidage des données concernant la position relative

d'une cible Des systèmes de ce genre sont très effica-

ces pour des portées moyennes à longues, par exemple supérieures à 150 à 500 m Cependant, pour de petites portées, par exemple inférieures à 150 m, les données de position de cible provenant de systèmes sonar peuvent être sujettes à des erreurs importantes pour les raisons suivantes En premier lieu, pour un système sonar

actif, les impulsions émises et reçues peuvent inter-

férer entre elles à cause de la position rapprochée de la cible Pour une largeur d'impulsions émises de 0,2 seconde, par exemple, cela pose un problème

à approximativement 150 m de la cible puisqu'une impul-

sion acoustique se propageant à une vitesse nominale de 1500 m/s dans de l'eau de mer prend 0,2 seconde pour parcourir la distance de 300 m jusqu'à et à partir de la cible En second lieu, pour des portées réduites, c'est-à-dire lorsque la portée est inférieure ou égale à la dimension maximale de la cible, comme cela peut se produire pour des cibles typiques à 150 m, des cibles acoustiques se décomposent en un certain nombre d"effets" acoustiques spatialement distincts La torpille doit maintenant faire un choix en ce qui concerne les effets destinés à la diriger En conséquence,5 des effets se rapportant à une étrave et/ou une poupe peuvent faire en sorte qu'une torpille s'écarte d'un

point d'impact central efficace.

En conséquence, un objet de la présente

invention est par conséquent d'apporter un perfectionne-

ment à des systèmes servant à fournir des données con-

cernant des positions relatives de cibles pour un système

de guidage d'artillerie.

Un autre objet de la présente invention est de créer un système perfectionné pour déterminer la position relative entre une torpille et un bâtiment naval. Un autre objet de l'invention est de créer un système magnétique pour déterminer la position relative entre une torpille navale et une cible ferreuse en vue de guider la torpille vers la cible pour de

petites portées.

Brièvement, les objets précités et d'autres sont atteints au moyen d'un système embarqué de mesure de position relative de torpille et composé d'un système sonar actif pour torpille et d'un système magnétique passif, qui sont tous deux reliés à un ordinateur qui opère, en réponse à un ensemble de programmes mémorisés dans l'ordinateur, pour appliquer au système de guidage de torpille des données concernant la position relative de la cible Pour des portées longues et moyennes, la torpille est dirigée vers la cible par le système sonar Pendant la trajectoire de la torpille correspondant à la portée moyenne, le système magnétique étalonne les moments magnétiques d'un modèle magnétique mémorisé de la cible en utilisant le système sonar pour la position et l'orientation de la cible Pour

de petites portées, le système magnétique détermine les coordonnées de position relative entre la cible et la torpille en concordance avec le modèle magnétique5 étalonné de la cible et un algorithme numérique itéra-

tif qui produit une information de guidage Cette information est ensuite appliquée au système de guidage de torpille Des systèmes sonar actifs conventionnels présentent intrinsèquement une déficience due à une forte interférence entre les impulsions acoustiques émises et reçues pour de petites portées et à cause dé la décomposition de l'image acoustique de la cible

en effets acoustiques séparés Avec un système magnéti-

que établissant une position relative de cible qui

soit précise pour une portée réduite, un système conven-

tionnel de guidage de torpille peut commodément diriger la torpille vers un point d'impact désiré, par exemple

au milieu d'un navire.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de

la description, donnée à titre d'exemple non limitatif,

en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 représente un schéma électrique d'ensemble d'un système de guidage de torpille conforme à la réalisation préférée de l'invention; la Figure 2 représente schématiquement un bâtiment naval comportant, seulement à des fins d'illustration,

des positions arbitraires de moments magnétiques dipolai-

res, quadripolaires et octopolaires ou d'autre supérieur; la Figure 3 représente un organigramme illustrant de façon générale la séquence de fonctionnement du système représenté sur la Figure 1; et la Figure 4 représente un organigramme illustrant la séquence de fonctionnement représentée sur la Figure

3 pour une portée réduite.

En référence maintenant aux dessins, et plus particulièrement à la Figure 1, il est représenté sur celle-ci, sous la forme d'un schéma électrique, l'appareillage incorporé dans le corps d'une torpille5 navale, non représentée La référence numérique 10 désigne un sous-système sonar conventionnel qui est utilisé pour fournir au système de guidage de la torpille des informations concernant les positions relatives de la cible, à la fois pour de longues10 portées, 500 mètres (m) ou plus, et pour des portées moyennes, de 500 à 150 m La donnée sonar est d'abord

convertie d'une forme analogique dans une forme numéri-

que par un convertisseur analogique-numérique 16 et elle est traitée par un processeur de signaux, comme un ordinateur numérique 18, qui opère en concordance

avec des algorithmes 20 de mesure de positions, mémori-

sés dans l'ordinateur Ces algorithmes traitent les données d'entrée, résolvent des systèmes linéaires et non-linéaires d'équations simultanément par des techniques de carrés minimaux, et ils transforment des systèmes de coordonnées L'utilisation de ces algorithmes est commandée par la logique mémorisée de mode opératoire 30 L'ordinateur 18, par exemple, opère de façon à faire une moyenne de données provenant de plusieurs "prises" sonar avant de transmettre des

signaux de guidage au système 12 de guidage de torpille.

Pour des portées de cibles comprises entre 150 et 500 m, la donnée du sonar est utilisée par l'ordinateur 18 pour estimer la position relative de la cible par rapport à la torpille ainsi que l'orientation de cible par rapport à trois axes orthogonaux (x, y, z) qui sont prédéfinis et enregistrés dans la torpille Les coordonnées x, y, z de la cible sont calculées dans l'ordinateur 18 à partir de mesures classiques de coordonnées sphériques sonar concernant la portée de cible (r), l'angle de dépression (D) et l'angle azimutal (A), en utilisant les relations suivantes bien connues entre coordonnées cartésiennes et sphéri- ques:5 x = r sin(D) cos (A) ( 1) y = r sin(D) sin (A) ( 2) z = r cos(D) ( 3) L'orientation de cible par rapport aux axes de torpille x, y, z peut être obtenue de différentes manières; cependant, chacune de ces méthodes suppose que la cible a des angles de roulis et de tangage nuls ( ou petits) Une méthode consiste à mesurer l'allongement temporaire de l'impulsion émise par

le sonar, avec observation dans l'écho de retour prove-

nant de la cible Cet allongement est en relation direct avec l'orientation de la cible par rapport à la torpille Une cible dont la quille est large par rapport au faisceau du sonar aura un allongement minimal d'impulsion tandis qu'une cible dont la ligne de quille est située le long du faisceau du sonar aura un allongement maximal d'impulsion En conséquence, une mesure d'allongement d'une impulsion reçue peut être utilisée pour déterminer l'orientation d'une

cible par rapport au faisceau du sonar de la torpille.

Puisque la relation spatiale entre le faisceau du

sonar et les axes de la torpille est connue, l'orienta-

tion de la cible par rapport aux axes de la torpille

peut aussi être déterminée Une moyenne de ces détermi-

nations pour plusieurs impulsions améliorera la préci-

sion de l'estimation L'ordinateur 18 est également

relié à un système classique 22 de navigation inertiel-

le Le système 22 de navigation inertielle détermine la position de la torpille et son orientation par rapport à un ensemble d'axes inertiels, c'est-à-dire des axes fixes dans l'espace L'orientation de la cible par rapport aux axes inertiels peut ensuite être obtenue d'une manière bien connue à partir de la connaissance de l'orientation de la cible par rapport aux axes de la torpille.5 Une seconde méthode de détermination de l'orientation de la cible consiste à déterminer la trajectoire tridimensionnelle de la cible, mesurée par une série d'échos de retour au sonar Dans cette méthode, des mesures sonar de la position de la cible par rapport à la torpille sont transformées en espace inertiel et sont utilisées pour déterminer la trajectoire de la cible dans l'espace inertiel La quille de la cible est supposée être située le long de la trajectoire mesurée et la cible est supposée effectuer un mouvement d'avancement le long de sa trajectoire pour résoudre

l'ambiguïté de 180 degrés entre des positions corres-

pondant à l'étrave et à la poupe.

En outre, comme le montre la Figure 1, trois magnétomètres "vectoriels" orthogonaux 24, 26 et 28 sont alignés selon les axes x, y, z de la torpille et opèrent de façon à mesurer en continu les trois composantes orthogonales Bxt Byl Bz du champ d'induction magnétique d'une cible ferreuse 14 ( Figure 2) et ils appliquent ces mesures, par l'intermédiaire du convertisseur analogique/numérique 16, à l'ordinateur

numérique 18 Les magnétomètres 24, 26, 28 sont typi-

quement constitués par des magnétomètres du type flux-

mètre De tels appareils sont bien connus et sont capables de mesurer les trois composantes spatiales orthogonales requises du champ d'induction magnétique,

en présentant une sensibilité appropriée.

Le système de navigation inertielle 22, comme indiqué, définit la position et l'orientation angulaire des axes de la torpille par rapport à un ensemble arbitrairement choisi, d'axes fixes dans l'espace inertiel Lorsqu'on connaît l'orientation angulaire entre ces ensembles d'axes, des techniques conventionnelles sont utilisées pour transformer les composantes des vecteurs Bx, BY BZ du champ d'induction5 magnétique et les composantes x, y, z de la distance relative de cible depuis les axes de la torpille jusqu' aux axes de l'espace inertiel Ces techniques de transformation sont bien connues et sont décrites, par exemple, dans des manuels de mécanique classiques10 standard, dont un exemple typique est le document Classical Mechanics, H Goldstein, Addison-Wesley,

Reading, MA, 1959, Chapitre 4.

Les composantes d'induction magnétique et

de distance relative de cible sont maintenant transfor-

mées en un ensemble d'axes fixes de la cible Cela

est réalisé en utilisant les mêmes techniques de trans-

formation que décrit ci-dessus Toutes les informations nécessaires pour établir des relations entre les axes de la cible et les axes inertiels sont disponibles puisque: ( 1) la cible est supposée avoir un roulis et un tangage qui sont nuls; et ( 2) une détermination de l'orientation de cible par rapport aux axes inertiels,

comme déterminé ci-dessus, fournit l'information angu-

laire restante qui est nécessaire pour effectuer la

transformation.

Additionnellement, des modèles de diverses

sources magnétiques spécifiques de cibles, comme l'exem-

ple hypothétique représenté sur la Figure 2, sont mémorisés dans une mémoire 32 associée à et faisant partie intégrante de l'ordinateur numérique 18 Un modèle magnétique de cible, comme indiqué sur la Figure 2, pour le navire 14 peut comprendre, par exemple, plusieurs dipôles magnétiques 34, plusieurs quadripoles 36 et plusieurs octopâles magnétiques, ou sources 38 d'ordres supérieurs, ainsi que leurs positions relatives sur la cible Les valeurs numériques des composantes de moments magnétiques, qui caractérisent complètement ces sources magnétiques, ne sont pas

mémorisées initialement dans la mémoire 32 de l'ordina -

teur Les valeurs nécessaires des moments magnétiques sont obtenues en effectuant de nombreuses séries de mesures magnétiques avec les détecteurs 24, 26 et 28 et également en utilisant les informations sonar obtenues en provenance de l'appareil sonar 10, et en résolvant par des techniques de carrés minimaux une série d'équations linéaires bien déterminées qui vont être définies dans la suite Pour une simple cible du type à un seul dipôle, cela consiste seulement à déterminer les valeurs Mx, My, Mz, qui comprennent les composantes x, y, z du moment magnétique M des dipôles Pour des modèles plus compliqués, comme celui indiqué sur la Figure 2, des valeurs de composantes de moments pour tous les dipôles, quadripôles ou pôles d'ordres supérieurs existants sont déterminées Pour de petites portées, c'est-à-dire inférieures à 150 m,

des valeurs de champs magnétiques provenant des détec-

teurs magnétiques 24, 26 et 28 sont combinées avec un modèle étalonné, comme décrit dans la suite, par l'ordinateur 18 pour déterminer les coordonnées de la position du centre de la cible 14 par rapport à la sortie en utilisant un processus numérique par itération pour des équations non linéaires, comme la méthode reconnue de LevenbergMarquardt, dont les détails sont décrits dans le document ANL-80-74 de J J More et al, Argonne National Laboratory, Août 1980 Les coordonées x, y, z du centre de la cible ainsi déterminées sont transmises au système 12 de guidage de torpille de telle sorte que des ordres appropriés de direction puissent être produits pour faire en sorte que la torpille vienne percuter le centre de la cible 14, ou tout point désiré qui est décalé horizontalement ou verticalement par rapport

à son centre.

En référence maintenant à la Figure 3, celle-ci représente un organigramme fonctionnel illustrant le fonctionnement du système représenté sur la Figure

1 Pour de longues portées comme indiqué par la référen-

ce numérique 40, c'est-à-dire supérieures à 500 m, l'appareil sonar 10 fournit des données de guidage

pour la torpille, comme indiqué par la référence numéri-

que 42 Cela correspond à une pratique bien connue dans l'art antérieur Le système magnétique comprenant les magnétomètres 24, 26 et 28 est maintenu à ce moment

dans un état inactif mais prêt à fonctionner.

Pour des portées ou distances moyennes, par exemple comprises entre 500 et 150 m, comme indiqué par la référence numérique 44, l'appareil sonar continue à fournir des données de guidage à

la torpille, comme indiqué par l'étape 46 mais mainte-

nant additionnellement, comme indiqué par l'étape 48, le système magnétique combine les informations de position relative et d'orientation de la cible

du système sonar avec des mesures des trois composan-

tes de champ d'induction magnétique Bxp By et Bz concer-

nant la cible de façon à étalonner les moments magnéti-

ques d'un modèle magnétique de la cible qui a été précédemment mémorisé Cela a été défini brièvement ci-dessus.

Un modèle magnétique de cible qui est repré-

senté à titre d'exemple sur la Figure 2 est composé

de plusieurs sources magnétiques spatialement distinc-

tes et comprenant des dipôles 34, des quadripôles 36 et des octopôles ou des pôles 38 d'ordres supérieurs, comme indiqué sur la Figure 2 Ces sources multipolaires de champ magnétique forment ce qu'on appelle les "effets

magnétiques " ( correspondant au mot américain "high-

light ') et sont bien comprises dans la théorie électro- magnétique, comme cela a été décrit, par exemple, dans le texte intitulé Classical Electrodynamics", D.5 Jackson, John E, Wiley and Sons, 1962 Un étalonnage du modèle magnétique de cible consiste à résoudre les moments multipolaires qui définissent complètement les catégories des sources magnétiques utilisées pour constituer le modèle Les positions relatives des10 moments multipolaires sont supposés être connues d'après des recherches antérieures effectuées sur des navires

à modélisation magnétique.

Pour de petites portées par rapport à la cible 14, par exemple inférieures à 150 m, comme indiqué par la référence numérique 50, le système magnétique est utilisé pour déterminer une position relative par rapport au modèle magnétique de la cible, comme indiqué par l'étape 52 A titre de commodité, la torpille peut viser le centre physique de la cible 14 mais le point de visée sur la cible est arbitraire Le système sonar se trouve maintenant prêt à agir mais il ne fournit plus de données concernant la position

relative de cible au système de guidage de la torpille.

Cette information est fournie par le système magnétique qui utilise maintenant le modèle étalonné de cible plus les mesures de Bx J By, Bz en continu, en même temps qu'un algorithme numérique pour trouver les distances relatives x, y, z entre le point d'impact désiré sur la cible et la torpille Ce processus va

maintenant être décrit.

En ce qui concerne l'étape 48 d'étalonnage du modèle de cible, on peut considérer pour simplifier,

un modèle de cible se composant d'un seul dipôle magné-

tique au centre de la cible, par exemple une simplifica-

tion du navire 14 représenté sur la Figure 2 qui compor-

te seulement un seul dipÈle en son centre Ce modèle simple est présenté seulement à titre d'illustration puisque le concept d'une expansion multipolaire d'une source magnétique est aisément applicable à un nombre arbitraire de dipôles et de multipôles d'ordres supé- rieurs qui sont spatialement distribués sur la cible, comme cela a été précisé dans le document précité,

Classical Electrodynamics Le champ d'induction magnéti-

que provenant d'un dipôle magnétique statique comporte trois composantes spatiales qui peuvent être exprimées, en unités SI, par: _ Bx = g 0/4 i({ 3 (Mer)x/r 5Mx/r 3} ( 4) X By = g 0/47 r( 3 (M-e)y/r 5My/r 3) ( 5) Bz = io/42 r{ 3 (Mer)z/rMz/r} ( 6)

o x, y, z désignent les distances du point d'observa-

tion par rapport au centre du dipôle et r = (x 2 + y 2 + z 2) ( 7) et M.r = Mx + my Y + Mz Z ( 8) o Mx, My, Mz comprennent les composantes x, y, z du moment magnétique de dipôle M. Pour étalonner le modèle correspondant à ce dipôle, les composantes de moment magnétique Mxf My, Mz sont calculées, en utilisant les valeurs mesurées

de Bx, By, Bz qui sont reçues en provenance des magnéto-

mètres 24, 26 et 28 ainsi que les valeurs mesurées de x, y, z qui sont dérivées des données produites

par l'appareil sonar 10.

Les équations ( 4) ( 6) sont linéaires par rapport aux composantes de moment et sont aisément réarrangées pour obtenir: ( 3 x 2/r 5 1/r 3)Mx + ( 3 xy/r 5) m + ( 3 xz/r 5)Mz 4/po Bx ( 9) ( 3 xy/r 5)Mx + ( 3 y 2/r 5 1/r 3) l + ( 3 yz/r)Mz 4/po O By ( 10) ( 3 xz/r 5)Mx, + ( 3 yz/r) + ( 3 z 2/r 5 1/r 3)Mz 4/p O Bz ( 11)

Les équations ( 9) ( 11) sont trois équa-

tions linéaires en Mx, My, Mz et elles peuvent, en principe, être résolues exactement lorsqu'on connaît une série de valeurs exactes de x, y, z et Bx, By, Bz Cependant, l'appareil sonar 10 et les détecteurs magnétiques 24, 26 et 28 contiennent usuellement des erreurs dans leurs mesures Heureusement, ils font également plus d'une seule série de mesures pendant

le parcours de la torpille vers la cible En correspon-

dance, de nombreux séries de valeurs mesurées x, y, z et Bx, By, Bz sont utilisées pour déterminer des valeurs moyennes de Mx, My, Mz Ce résultat est obtenu en considérant les équations ( 9) ( 11) comme un ensemble "surdéterminé" d'équations, un terme qui est bien

connu des spécialistes du domaine de l'analyse mathémati-

que Cela signifie qu'il existe plus d'équations que

d'inconnues, du fait des nombreuses séries supplémen-

taires de données sonar et magnétiques disponibles,

qui doivent toutes satisfaire aux équations ( 9) -

( 11) Des solutions sont alors trouvées pour Mx, Mz, Mz qui réduisent au minimum, conformément à un critère reconnu, l'erreur d'estimation I 1 existe un certain nombre de techniques bien connues pour obtenir ce résultat; cependant, la technique préférée est la

technique des carrés minimaux pour des systèmes surdéter-

minés d'équations Ce processus est décrit, par exemple, dans des manuels standard pour ce sujet, dont un exemple est Numerical Analysis, Francis Scheid, Schaum's Outline

Series, McGraw-Hill, New York, 1968.

Une fois que Mx My M ont été déterminés, Une ois ue x, My, Mzontdtemns le moment magnétique de la cible, par exemple le navire 14, est complètement étalonné Cela signifie que, étant donné un point d'observation en x, y, z, les composantes d'induction magnétique Bxl Byl Bz peuvent être déterminées ou bien, dans le cas présent, étant donné des valeurs mesurées de Bx, BY 8 Bzi les distances entre le point d'observation x, y, z et le moment magnétique peuvent être déterminées Pour des modèles plus compliqués qu'un seul dipôle placé au centre de la cible, la position relative de chaque source

magnétique par rapport au centre de la cible est spéci-

fiée au préalable et est mémorisée dans la mémoire

32 ( Figure 1) Des moments pour le modèle plus compli-

qué sont également déterminés par une série d'équations

linéaires surdéterminées de façon semblable aux équa-

tions ( 9)-( 11) Une évaluation des moments du modèle en même temps que leurs positions relatives préspécifiées définit complètement le modèle magnétique de telles sources. En considérant maintenant le mode utilisé pour une portée réduite, comme indiqué par l'étape 52 sur la Figure 3, qui est le coeur de cette invention, l'ordinateur 18 de la torpille (Figure 1) résoud les équations ( 4)-( 6) pour x, y et z en utilisant les valeurs de moment étalonné de la cible et les valeurs mesurées de Bx, Byl Bz provenant des magnétomètres 24, 26 et 28 Puisque ces équations sont non linéaires en x, y, z, la méthode de Levenberg-Marquardt citée ci-dessus est utilisée pour déterminer par itération

des solutions approximatives.

En référence maintenant à la Figure 4, celle-ci représente un organigramme correspondant au mode pour portée réduite Pour commencer la méthode numérique, une solution empirique initiale est introduite, comme indiqué par l'étape 54, o des valeurs dérivées des données établies par le sonar sont utilisées pour

une première solution empirique de x, y, z juste au début de la phase pour portée réduite, par exemple de 150 m La torpille progresse d'un cycle de calcul5 comme indiqué par l'étape 56 et les détecteurs magnéti- ques 24, 26 et 28 mesurent trois composantes orthogona-

les du champ d'induction magnétique de cible, comme indiqué par l'étape 58 Le système magnétique résoud ensuite les équations non linéaires simultanées pour10 déterminer la position relative de cible en utilisant la solution empirique obtenue dans l'étape 54, les données détectées magnétiques qui sont fournies par les magnétomètres 24, 26 et 28 ainsi que le modèle magnétique étalonné obtenu dans l'étape 48 de la Figure 3 L'algorithme numérique de Levenberg-Marquardt fournit par itération des solutions jusqu'à ce que soient déterminées des valeurs de x, y, z qui réduisent son

critère d'erreur en carrés minimaux.

Pendant le temps o l'ordinateur 18 (Figure 1) a effectué ces calculs, la torpille a avancé en direction de la cible 14, comme cela est mis en évidence par les étapes 62 et 64 sur la Figure 4 Les valeurs qui viennent d'être obtenues pour x, y, z sont maintenant utilisées comme une nouvelle solution empirique dans

une autre recherche numérique de valeurs mises à jour.

Cela est mis en évidence par l'étape 66 Le processus

se poursuit dans une boucle d'itération, chaque solu-

tion numérique devenant la solution empirique pour la solution numérique suivante Cette technique est à la fois efficace et précise puisque les solutions empiriques initiales sont très proches de la solution numérique finale du fait du temps court qui s'écoule entre des calculs successifs, et par conséuent de la courte distance qui peut être parcourue par la torpille entre des calculs Par exemple, la première solution empirique qui est établie par l'appareil sonar n'est pas très loin d'être correcte immédiatement au début de la phase avec portée réduite, o intervient le système magnétique Cela signifie que la première5 solution numérique est déterminée de façon rapide et relativement précise Cette solution numérique devient ensuite la solution empirique intervenant

dans la détermination de la solution numérique suivante.

Du fait que la torpille ne s'est pas déplacée d'une distance importante pendant le cycle de calcul de l'ordinateur, la solution empirique est proche de la solution numérique finale Cela signifie que la recherche numérique de la solution finale nécessite peu d'itérations et se déroule rapidement Ce processus est poursuivi jusqu'à ce que la torpille atteigne sa cible, ou que sa mission soit arrêtée, comme cela

est mis en évidence par la référence numérique 68.

En conséquence, on voit que ce qui a été décrit ci-dessus et qui est représenté sur les Figures est un système de mesure de position relative qui fait intervenir à la fois un moyen actif et un moyen passif pour déterminer la position d'une torpille par rapport à une cible, le système actif comprenant un appareil de type sonar qui est utilisé à des distances correspondant à une grande portée et à une portée moyenne tandis qu'un système magnétique passif est utilisé sur des portées réduites de façon à dériver

la torpille sur le point d'impact désiré.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée

aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et repré-

sentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour

cela sortir du cadre de l'invention.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 Procédé de guidage d'une torpille vers une cible ( 14) pour des portées relativement petites, la torpille comprenant un système sonar actif ( 10), un système magnétique passif ( 24, 26, 28) de détection de cible, un convertisseur analogique/numérique ( 16), un ordinateur numérique ( 18), un système de navigation inertielle ( 22) et un système de guidage ( 12) qui répond à des signaux engendrés par le système sonar actif et par le système magnétique passif de détection de cible, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: (a) déterminer initialement la position de la cible par rapport à la torpille en utilisant des données produites par le système sonar actif; (b) mesurer des composantes de champ magnétique de la cible par ledit système magnétique passif de détection de cible; (c) étalonner un modèle magnétique mémorisé de la cible en utilisant les résultats de l'étape (a), l'angle d'orientation de la cible déterminé par le système sonar actif et lesdites composantes de champ magnétique; (d) déterminer la position relative de la cible par rapport à la torpille à l'aide du système magnétique de détection de cible en utilisant les résultats de l'étape (a) comme une solution empirique initiale, les composantes de champ magnétique mesurées dans l'étape ((b) et le modèle magnétique étalonné dans l'étape (c); (e) produire et appliquer des signaux de guidage au système de guidage de cible en fonction de la position relative; et (f) mettre à jour de façon répétitive la détermination de position relative de la cible dans une succession d'étapes (d) en utilisant, comme nouvelle solution empirique, la solution immédiatement précédente de position relative jusqu'à ce que la torpille percute la cible ou arrête sa mission. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (d) de détermination de position relative consiste à résoudre par itération un ensemble d'équations non linéaires simultanées qui lient le champ magnétique de cible, mesuré dans la torpille,

avec sa position relative par rapport à la torpille.

3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite solution consiste à déterminer des valeurs de distances relatives en utilisant un algorithme

faisant intervenir le critère d'erreur en carrés minimaux.

4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite solution consiste à déterminer des valeurs de distances relatives en utilisant la méthode

Levenberg-Marquardt de résolution d'équations non linéai-

res. Procédé de guidage d'un dispositif d'artillerie navale vers une cible, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: (A) pour une portée relativement longue d'éloignement de la cible, (a) produire des données de position relative par rapport à la cible dans ledit dispositif

au moyen d'un système actif embarqué de détec-

tion de cible (la) et produire des premiers signaux de guidage; (b) appliquer lesdits premiers signaux de guidage

à un système de guidage ( 12) dans ledit disposi-

tif; (B) pour une portée relative moyenne d'éloignement de la cible, (c) répéter les étapes (a)-(b) et déterminer additionnellement l'angle d'orientation de

la cible en utilisant le système actif embar-

qué de détection de cible et appliquer les données concernant ladite position relative et ladite orientation à un système passif embarqué de détection de cible ( 24,26, 28);

(d) mesurer trois composantes mutuellement orthogo-

nales du champ d'induction magnétique de la cible par ledit système passif; (e) étalonner un modèle magnétique mémorisé de la cible par ledit système passif en utilisant lesdites données de position relative et d'orientation de ladite cible obtenues dans l'étape (c) et les composantes orthogonales de champ magnétique mesurées dans l'étape (d) et (C) pour une portée relativement petite d'éloignement de la cible, (f) répéter l'étape (d) et déterminer la position relative de la cible par ledit système passif

de détection à partir desdites trois composan-

tes orthogonales du champ magnétique de cible, du modèle étalonné de cible et d'une solution empirique initiale de position relative fournie par le système actif embarqué de détection de cible; (g) produire des seconds signaux de guidage par ledit système passif de détection de cible; et (h) appliquer lesdits seconds signaux de guidage

audit système de guidage.

6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit système actif de détection de cible comprend un système sonar ( 10) et en ce que ledit système passif de détection de cible comprend un système à

détecteurs magnétiques ( 24, 26, 28).

7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit système magnétique comprend au moins trois détecteurs magnétiques ( 24, 26, 28) pour mesurer le champ magnétique de ladite cible suivant trois axes mutuellement perpendiculaires. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite étape (e) d'étalonnage dudit modèle mémorisé consiste en outre à déterminer toutes les

composantes de moments des multiples magnétiques consti-

tuant le modèle magnétique de cible à partir des trois composantes orthogonales du champ magnétique qui sont mesurées dans l'étape (d) et à partir des mesures de distance et d'orientation faites par ledit système

sonar par rapport auxdits trois axes mutuellement perpen-

diculaires.

9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite étape de détermination des composantes

de moments des multipôles magnétiques consiste à déter-

miner la valeur moyenne desdites composantes de moments à partir de plusieurs séries de valeurs mesurées des

composantes du champ d'induction magnétique et de plu-

sieurs séries desdites mesures de distance et d'orienta-

tion. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite étape de détermination des composantes de moments des multipôles magnétiques à partir desdites plusieurs séries de valeurs mesurées de champ d'induction magnétique et également de distance et d'orientation consiste à déterminer les composantes de moments par

la solution des carrés minimaux pour des systèmes linéai-

res d'équations surabondants.

11 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite étape (f) de détermination de la position relative de la cible consiste à déterminer de nouvelles distances relatives suivant trois axes mutuellement

perpendiculaires (x, y, z) en utilisant lesdites compo-

santes de moment des multipôles magnétiques formant le modèle magnétique de cible et trois composantes nouvellement mesurées du champ magnétique de la cible.5 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdites nouvelles distances relatives sont obtenues par résolution d'un ensemble d'équations non linéaires simultanées au moyen d'une solution de carrés minimaux obtenue par itération et déterminant des valeurs de distances suivant les axes x, y et z. 13 Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite solution de carrés minimaux comprend

l'algorithme Levenberg-Marquardt pour résolution d'équa-

tions non linéaires.

14 Appareil pour guider un dispositif d'artil-

lerie navale vers une cible, caractérisé en ce qu'il comprend:

(a) un système actif de détection de cible ( 10) compre-

nant des moyens pour produire des signaux de données acoustiques de ladite cible pour des portées relativement longues et moyennes d'espacement de la cible; (b) des moyens ( 18) répondant auxdits signaux de données acoustiques pour produire des signaux définissant la position relative et l'orientation de la cible; (c) des moyens ( 18) pour produire des premiers signaux

de guidage en réponse auxdits signaux de position relati-

ve et d'orientation; (d) des moyens pour appliquer des signaux de guidage, notamment lesdits premiers signaux de guidage, à un système de guidage ( 12) dudit dispositif; (e) un système passif de détection de cible comprenant des moyens formant détecteurs magnétiques ( 24, 26, 28) pour mesurer et produire des signaux représentant trois composantes mutuellement orthogonales du champ d'induction magnétique de la cible pour lesdites portées

moyennes et pour des portées relativement petites d'espa-

cement de ladite cible; (f) des moyens ( 32) pour mémoriser un modèle magnétique d'au moins ladite cible; (g) des moyens ( 18) pour étalonner ledit modèle magnéti- que mémorisé par lesdits signaux représentant la position relative et l'orientation de ladite cible et desdits signaux représentant les composantes orthogonales du champ d'induction magnétique de la cible;

(h) des moyens ( 18) pour produire des signaux représen-

tant une nouvelle position relative de la cible en réponse auxdits signaux représentant les trois composantes orthogonales du champ d'induction magnétique de la cible et audit modèle étalonné de la cible; et (i) des moyens ( 18) pour production de seconds signaux de guidage par ledit système passif de détection de cible en réponse auxdits signaux représentant une nouvelle position relative, (j) lesdits seconds signaux de guidage étant appliqués auxdits moyens d'application de signaux de guidage

audit système de guidage.

Appareil selon la revendication 12, carac-

térisé en ce que lesdits moyens d'étalonnage comprennent

également un ordinateur numérique ( 18).

16 Appareil selon la revendication 12, carac-

térisé en ce que ledit dispositif d'artillerie navale

comprend une torpille.