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Etre
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Est A
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Foi
(2)
[9][_]
Tir
(1)
[10][_]
Azi
(1)
[11][_]
Cou
(1)
[12][_]
Tre
(1)
[13][_]
Physical
(8/ 10)
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50 Hz
(2)
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1 percent
(2)
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32 bits
(1)
[17][_]
de 20 Hz
(1)
[18][_]
1 percent de
(1)
[19][_]
1 Hz
(1)
[20][_]
rt
(1)
[21][_]
10 g
(1)
[22][_]
Molecule
(5/ 6)
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paral
(2)
[24][_]
DES
(1)
[25][_]
H(S)m
(1)
[26][_]
Pyr
(1)
[27][_]
simplene
(1)
[28][_]
Organism
(2/ 4)
[29][_]
helice
(3)
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propor
(1)
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Disease
(1/ 3)
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Bruit
(3)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2513373A1
Family ID 2090905
Probable Assignee D Applicatons Generales D Electricite Et De Mecani
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX INSTALLATIONS GYROSCOPIQUES DE
NAVIGATION ASSURANT DES FONCTIONS DE PILOTAGE OU DE STABILISATION
Abstract
_________________________________________________________________
L'INSTALLATION COMPORTE UN CADRAN 1 MONTE TOURILLONNANT SUR LE
VEHICULE AUTOUR D'UN AXE 2, UN PREMIER GYROSCOPE A DEUX AXES DE
SENSIBILITE G MONTE SUR CE CARDAN 1, UN ACCELEROMETRE ASSERVI A DEUX
AXES DE SENSIBILITE A MONTE SUR CE CARDAN 1, ET UN DEUXIEME GYROSCOPE
F A AU MOINS UN AXE DE SENSIBILITE MONTE SUR CE CARDAN 1.
Description
_________________________________________________________________
Perfectionnements apportes aux installations gyroscopiques de
navigation assurant des fonctions de pilotage ou de stabilisation
L'invention est relative aux installations gyroscopiques de navigation
permettant, d'une part, de connaitre les parametres caracterisant la
tra- jectoire d'un vehicule, et, d'autre part, d'assurer une fonction
auxiliaire de pointage, soit du vehicule lui-meme, soit d'une partie
de ce vehicule.
L'invention s'applique plus particulierement, mais non exclusivement,
aux installations gyrosco- piques de navigation pour vehicules
terrestres (tels que vehicules blindes) et pour vehicules marins
(tels que torpilles).
Dans le cas d'un vehicule terrestre, la fonction au- xiliaire de
pointage consiste a orienter une arme por- tee par le vehicule, alors
que, dans le cas d'une tor- pille, la fonction auxiliaire de pointage
consiste a piloter la torpille.
Pour de tels vehicules (vehicules blindes ou torpilles), la navigation
par inertie, telle qu'appli- quee sur les vehicules aeriens, s'avere
d'un cout de fabrication eleve et, par surcroit, ne semble pas etre
adaptee aux besoins, en particulier pour la fonc- tion de pointage: en
effet, le principe d'une telle navigation par inertie est base sur
l'utilisation de gyroscopes et d'accelerometres, et les resultats
fournis sont le fruit de l'integration pure et simple des
accelerations sans aucun apport d'une indication concernant la vitesse
mesuree par rapport au milieu ambiant: les performances possibles
(telles que celles obtenues grace aux installations d'origine
aeronautique dont la caracteristique est de l'ordre de un nautique/
heure) sont derisoires pour un vehicule terrestre.
On a donc propose, pour des vehicules terrestres et marins, des
installations faisant appel aux vitesses mesurees par rapport au
milieu ambiant, ces installations etant basees sur une integration de
ces vitesses scalaires mesurees en utilisant un repere directionnel de
cap et, eventuellement, un repere de la verticale.
C'est ainsi que l'on a propose des installations tres simples
comportant des gyroscopes libres utilises comme reperes de la
verticale, et des gyroscopes libres utilises comme conservateurs de
Nord; cependant, les mesures obtenues sont relativement peu precises,
en raison de caracteristiques directionnelles peu precises.
On a aussi propose des installations plus complexes comportant, d'une
part, un gyroscope a suspension filaire utilise en chercheur de Nord a
l'arret du vehicule ter- restre, et, d'autre part, un gyroscope,dit
"direction- nel", a deux degres de liberte stabilisant un systeme a
deux cardans et utilise pendant la marche du vehicule: a partir des
indications fournies par ces deux elements, et par une mesure de la
vitesse par rapport au milieu ambiant, il est alors possible de
realiser une mesure relativement precise des deplacements, de trouver
et de garder le cap avec des erreurs de l'ordre de 1 mrd et 1
mrd/heure, respectivement.
De toute facon, les installations dont il vient d'etre question
ci-dessus ne permettent que de connaitre, et eventuellement de
controler,les parametres carac- terisant la trajectoire du vehicule et
les systemes gyro- metriques permettant-d'assurer la fonction
auxiliaire de pointage ou de pilotage sont distincts (cas de
positions, dans le vehicule, differentes, ou cas de bandes passantes
differentes).
Ces systemes sont d'ailleurs implantes en des endroits differents du
vehicule, suivant la nature de ce vehicu- le et la nature de la
fonction auxiliaire de pointage
(par exemple la stabilisation d'un canon).
L'invention a precisement pour but une installation gyroscopique de
navigation regroupant, dans un meme appareillage, les elements qui
permettent, d'une part, de controler les parametres caracterisant la
trajectoire lineaire du vehicule avec des bonnes performances (par
exemple mesure de l'azimut avec une derive egale ou inferieure a 1
degre/heure, reperage de la verticale au dixieme de degre), et,
d'autre part, d'assurer une fonction auxiliaire de pointage comme
definie precedemment avec une bande passante elevee comme l'exige ce
genre de fonction et une grande sensibilite angulaire (par exemple une
bande passante des organes senseurs de 30 a 50 Hz et une sensibilite
angulaire a court terme egale ou inferieure a 0,3 mrd), ce qui
correspond aux caracteristiques necessaires pour stabiliser un canon.
Il est bien connu que des solutions de ce type ont deja ete decrites
ou developpees: il s'agit de systemes a deux ou trois gyroscopes (deux
ou trois selon que l'on utilise la technologie des gyroscopes a un ou
deux degres de liberte) qui presentent les axes de sensibilite selon
un triedre trirectangle, et lies au vehicule.
Cette disposition impose aux toupies des gyroscopes d'accompagner tous
les mouvements angulaires du vehicule grace a des bouclages
gyrometriques electroniques tres raides (environ 50 Hz de bande
passante).
Ces systemes s'opposent aux systemes plus anciens qui, au contraire,
utilisaient trois cardans stabilises successifs (roulis, tangage et
azimut par exemple), le cardan le plus central portant les gyroscopes
qui e- taient alors utilises en appareil de zero pour ce qui est de la
mesure des vitesses angulaires.
Selon des solutions plus recentes, les boitiers des gyroscopes sont
lies a la structure du vehicule on s'efforce de realiser la fonction
navigation tout en utilisant les mesures gyrometriques disponibles
pour une fonction de pointage avec une bande passante elevee;
cependant, ces solutions ont pour defaut majeur des couplages tres
complexes quand, partant des mesures analogiques, delivrees par les
gyroscopes, on essaie de recalculer l'attitude du vehicule (cap,
roulis,tangage).
Il est donc necessaire de proceder a l'execution de calculs tres
compliques, qui ne sont possibles que sur un ordinateur miniaturise
embarque (calculs de 300 000 operations par seconde),calculs a
effectuer en double longueur (typique 32 bits) Il faut donc compen-
ser en temps reel, a 10 pres, les derives de mouvement conique qui
apparaissent des que chaque axe d'entree de chaque gyroscope decrit un
cone, derives dont les or- dres de grandeur sont de quelques milliers
de degre/heure, meme si les mouvements angulaires alternatifs du
vehicule sont de l'ordre de quelques degres.
Le but de l'invention est donc un agencement gyros- copique
intermediaire entre les techniques rappelees ci- dessus, cet
agencement faisant appel a un cardan unique asservi par un seul axe de
sensibilite.
Les calculs a realiser sont alors tres simples et necessitent peu de
precisions: ces calculs peuvent donc etre executes en calculs
analogiques ou en technique digi- tale simple par comptage/decomptage.
L'invention a egalement pour but une installation qui n'impose aucune
limitation de position quant a l'at- titude du vehicule (torpille a
axe vertical par exemple).
L'installation conforme a l'invention a aussi pour but: - un systeme
donnant une attitude du vehicule dans les axes terrestres (azimut,
roulis, tangage), ce systeme etant couple a une mesure de vitesse
vis-a-vis du milieu ambiant (loch, chenille), ce systeme permettant de
rea- liser la fonction navigation, un systeme capable d'executer la
fonction auxiliaire de pointage (stabilisation et conduite de tir
d'une arme sur vehicule terrestre ou pilotage d'une torpille).
Selon l'invention, l'installation de guidage comporte les elements
suivants: un cardan monte tourillonnant sur le vehicule autour d'un
axe, un premier gyroscope a deux axes de sensibilite monte sur ce
cardan, de sorte que l'un de ses deux axes de sensibilite (axe de
sensibilite en azimut) soit orthogonal a l'axe longitudinal du
vehicule, l'autre axe de sensibilite de ce premier gyroscope (axe de
sensibilite en roulis) etant parallele a l'axe lon- gitudinal du
vehicule, et de sorte que l'axe de rotation
'3373 de sa toupie soit maintenu dans un plan horizontal, un
accelerometre asservi a deux axes de sensibi- lite monte sur ce
cardan, de sorte que l'un de ses deux axes (axe de sensibilite en
tangage) soit parallele a l'axe longitudinal du vehicule, et l'autre
axe de sensibilite (axe de sensibilite en roulis) soit parallele a
l'axe de rotation du premier gyroscope, cet accelerometre asservi
delivrant deux signaux analogiques S Ax et SA y, representatifs de la
mesure des accelerations selon les deux susdits axes de sensibilite;
et un deuxieme gyroscope a au moins un axe de sensibi- lite (axe de
sensibilite en-tangage) monte sur ce cardan, de sorte que cet axe de
sensibilite en tangage soit paral- lele a l'axe de rotation du premier
gyroscope, donc soit horizontal. Ceci etant, ces elements cooperent
entre eux de la facon suivante: les detecteurs de position en azimut
du premier gyrosco- pe asservissent le moteur couple de precession en
azimut du premier gyroscope, et donnent une indication qui est
exploitee, d'une part, pour obtenir les parametres d'azi- mut
caracterisant la trajectoire du vehicule (vitesse angulaire Q 2 z),
et, d'autre part, pour obtenir la fonc- tion auxiliaire de pointage en
azimut (pilotage du vehicule genre torpille ou bien stabilisation de
l'arme en azimut); les detecteurs de position en roulis du premier
gyrosco- pe asservissent le moteur d'asservissement en roulis du
cardan;celui-ci entraine le stator d'un detecteur angulaire de
position en roulis, et donnent des indications qui sont exploitees
pour obtenir la fonction auxiliaire de pointage en roulis (par exemple
le pilotage en roulis nul); le detecteur de position en tangage du
deuxieme gyroscope asservit le moteur couple de precession en tangage
du deuxieme gyroscope et donne une indication (mesure 52 x) qui est
exploitee pour obtenir la fonction auxiliaire de pointage en tangage
(vitesse angulaire de tangage ou calcul du tangage); le signal
d'inclinaison en roulis SA de l'accele- rometre (apres correction de
l'effet centrifuge Q percent V) est utilise pour niveler, par
precession, l'axe de ro- tation du premier gyroscope (ce qui provoque
une rotation lente du cardan autour de l'axe de sensibilite en roulis
de ce premier gyroscope); le signal d'inclinaison en tangage S Ay de
l'accele- l O rometre (signal qui,a court terme, presente un bruit)
indique a long terme (si il est filtre) le tangage; le deuxieme
gyroscope indique une vitesse exacte a court terme S 2 qui est la
vitesse de tangage; ce, grace a quoi, la complementarite des spectres
des signaux S Ay et Sx permet de realiser une boucle de calcul
analogique ou digital conduisant a une valeur calculee du tangage qui
est a peu pres exacte dans toute la gamme du spectre, a long terme et
a court terme. Le deuxieme gyroscope peut etre constitue par un
gyrometre, par un gyroscope flottant a un degre de liberte boucle
electriquement en gyrometre, ou par un gyroscope a deux axes de
sensibilite dont un seul est exploite (gyroscope boucle electriquement
en gyrometre sur ses deux axes).
Le premier gyroscope G est boucle autour de son axe de sensibilite en
azimut G (axe pseudo-vertical) de maniere a donner la valeur
gyrometrique mesuree (G Z)m* Par ailleurs, ce premier gyroscope G est
boucle sur le cardan autour de son axe de sensibilite en roulis G Y Ce
fonctionnement en bouclage autour de l'axe Gy conviendrait si le
vehicule evoluait dans le seul plan horizontal (tangage nul) pour
maintenir l'axe de rotation SG du premier gyroscope G a l'horizontale.
Ce premier gyroscope G recoit une precession calculee 2 z tg(Ta) c.
Dans les virages (trajectoire du vehicule assimilable localement a une
helice), il se produit une vitesse (M)M non nulle et un tangage (Ta)c
non nul egalement.
La necessite de maintenir l'axe de rotation SG a court terme, dans un
plan horizontal, fait que le cou- ple global de precession doit etre
horizontal.
Le gyroscope G doit donc recevoir, sur son moteur couple de precession
en roulis M Gy" le couple H(S)m tg(Ta) c, formule dans laquelle: H est
le moment cinetique du gyroscope G, (Q Z)m est la mesure gyrometrique,
(Ta) c est le tangage calcule.
Grace a cette disposition, les axes sensibles GZ et GX decrivent des
cones extremement plats (derive de mouvement conique nulle pour
lesdits axes sensibles).
L'invention consiste, mises a part les dispositions dont il vient
d'etre question ci-dessus, en certaines autres dispositions qui
s'utilisent de preference en meme temps, et qui seront plus
explicitement decrites ciapres. L'invention pourra, de toute facon,
etre bien comprise a l'aide du complement de description qui suit
ainsi que des dessins ci-annexes, lesquels complement et dessins sont
relatifs a un mode de realisation prefere de l'invention et ne
comportent, bien entendu, aucun caractere limitatif.
La fig 1, de ces dessins, est une vue schematique en perspective,
montrant les elements constitutifs de l'installation selon
l'invention.
Les fig 2 a 4 sont respectivement trois schemas montrant la facon dont
cooperent entre eux les elements constitutifs de l'installation
representee a la fig 1.
La fig 5 est un schema explicatif du fonctionnement de l'installation
selon l'invention.
La fig 6 illustre, dans les memes conditions que la fig 1, une
variante de l'invention.
Sur la fig 1, on a montre, schematiquement, les elements constitutifs
d'une installation gyroscopique de navigation montee sur un vehicule
et permettant, d'une part, de connaitre les parametres caracterisant
la trajectoire de ce vehicule, et, d'autre part, d'assurer une
fonction auxiliaire de pointage (ou d'aide au pointage) d'une partie
au moins de ce vehicule. Ce vehicule n'est pas represente dans son
ensemble, mais on a montre son axe longitudinal 2. S'il s'agit d'un
vehicule terrestre, par exemple un engin blinde tel qu'un char, la
fonction de l'ins- tallation de navigation est, d'une part, de
connaitre les parametres caracterisant sa trajectoire sur le terrain,
et, d'autre part, d'assurer une fonction auxiliaire d'aide au pointage
de l'arme portee par la tourelle du vehicule blinde, c'est-a-dire un
poin- tage de l'arme en azimut, et en site absolus, cette aide
pouvant, par exemple, consister a anticiper les erreurs de trainee de
vitesse des moteurs qui stabi- lisent l'arme lors des mouvements
rapides du chassis du vehicule, ces erreurs de trainee de vitesse
etant dues a leur force contreelectromotrice et aux forts rapports de
pignonnage (fort couple).
S'il s'agit d'un vehicule marin, par exemple un engin du genre d'une
torpille, la fonction de l'installation de navigation est, d'une part,
de controler les parametres caracterisant sa trajectoire dans le
milieu liquide, et, d'autre part, d'assurer une fonction auxiliaire de
pointage de la torpille, c'est-a-dire un pilotage de la torpille en
azimut, en roulis et en tangage, d'apres un programmateur interne
d'evolutions souhaitees.
Cette installation comporte, un cardan unique 1 monte tourillonnant
par l'inter- mediaire de paliers 5 sur le vehicule autour d'un axe
longitudinal 2, ledit cardan etant solidaire d'un moteur
d'asservissement en roulis My et d'un-detec- teur angulaire de
position en roulis Pyr un premier gyroscope a deux axes de sensibilite
G monte sur ce cardan 1 de sorte que l'un de ses deux axes de
sensibilite (axe de sensibilite en azimut GZ) soit orthogonal a l'axe
2 du vehicule, l'autre axe de sensibilite (axe de sensibilite en
roulis Gy) etant parallele a l'axe longitudinal 2 du vehicule, et de
sorte que l'axe de rotation SG de sa toupie (7) soit maintenu dans un
plan horizontal. un accelerometre asservi a deux axes de sensibilite A
monte sur ce cardan 1, de sorte que l'un de ses deux axes de
sensibilite (axe de sensibilite en tangage Ay) soit parallele a l'axe
longitudinal 2 du vehicule, l'autre axe de sensibilite (axe de
sensibilite en roulis AX) etant parallele a l'axe de rotation SG du
premier gyroscope G, et un deuxieme gyroscope F a au moins un axe de
sensi- bilite (axe de sensibilite en tangage G X) monte sur ce cardan
1 de sorte que cet axe de sensibilite en tangage GX soit parallele a
l'axe de rotation SG de la toupie (7) du premier gyroscope G, donc
soit horizontal.
L'accelerometre asservi A delivre deux signaux S Ax et S Ay
representatifs de la mesure des accelerations selon les deux susdits
axes de sensibilite en roulis A et en tangage A Sur la fig 2, on a
montre deux fois le premier gyroscope G, dans deux coupes effectuees
respectivement perpendiculairement a son axe de sensibilite en azimut
Gz et perpendiculairement a son axe de sensibilite en roulis GY' Ce
premier gyroscope G comporte une toupie 7 portee par un arbre 8 par
l'intermediaire d'un joint de HOOCKE 9, cet arbre 8 etant maintenu par
des paliers 10. La position de la toupie 7 est controlee, par deux
detecteurs de position en azimut DGZ par deux detecteurs de position
en roulis DGY' par un moteur couple de precession en azimut MGZ et par
un moteur couple de precession en roulis MGY' Sur la fig 3, on a
montre le deuxieme gyroscope F dans une coupe perpendiculaire a son
axe de sensibilite en tangage Gx.
Ce deuxieme gyroscope F est suppose etre un gyroscope a deux axes de
sensibilite dont seul l'axe de sensibilite en tangage GX est utilise.
Ce deuxieme gyroscope F presente alors une struc- ture analogue a
celle du premier gyroscope G et il comporte une toupie Il portee par
un arbre 12 par l'in- termediaire d'un joint de HOOCKE 13, cet arbre
12 etant maintenu par des paliers 14.
La position de la toupie 11 est controlee, par deux detecteurs de
position en tangage DFX, et par un moteur couple de precession en
tangage MFX.
Sur la fig 4, on a montre l'accelerometre A dans une coupe par un plan
contenant ses deux axes de sensibilite en tangage Ay et en roulis Ax.
Cet accelerometre A comporte une masse asservie dont la position est
controlee, par deux detecteurs de position en tangage DAY, par deux
detecteurs de position en roulis DA, et par deux enroulements
d'asservissement EAX AY Les-deux detecteurs de position en azimut DGZ
du premier gyroscoope G asservissent, par l'intermediaire d'un
dispositif electronique 16 assurant notannent la fonction
amplificateur alternatif puis demodulateur, le moteur couple de
precession en azimut MGZ du premier gyroscope G (fig 2).
Ces deux detecteurs de position en azimut DGZ donnent, toujours par
l'intermediaire du dispositif electronique 16, la mesure gyrometrique
Sn qui est -exploitee, d'une part, dans un dispositif de mesure 17,
pour obtenir les parametres d'azimut caracterisant la tra- jectoire du
vehicule (ce dispositif de mesure 17 assure une integration spatiale
de la vitesse 2 z combinee a la valeur de tangage Ta, de la forme t;Z
dt) cos Ta __ _ _ d et, d'autre part, dans un dispositif de mesure 18
ou 19 pour obtenir la fonction auxiliaire de pointage en azimut
(fonction auxiliaire de pointage en azimut de l'arme portee par la
tourelle du vehicule terrestre, c'est-a-dire aide au pointage de
l'arme en azimut, ou fonction auxiliaire de pointage en azimut de la
torpille, c'est-a-dire pilotage de la torpille en azimut).
Les deux detecteurs de position en roulis DGY du premier gyroscope G
asservissent, par l'intermediaire d'un dispositif electronique 20
assurant notamment la fonction amplificateur alternatif puis
demodulateur, le moteur d'asservissement en roulis My du cardan 1
(fig 1).
Ce moteur d'asservissement My entraine mecaniquement le detecteur de
position en roulis Py du cardan 1, qui donne, pour la fonction de
pointage, l'angle de roulis. Ces deux detecteurs de position en roulis
DGY donnent, toujours par l'intermediaire du dispositif electronique
20 et du cardan 1, des indications qui sont exploitees, dans un
dispositif de mesure 21 ou 22 pour obtenir la fonction auxiliaire de
pointage en roulis Il peut s'agir d'une fonction auxiliaire de
pointage en site de l'arme portee par la tourelle du vehicule
terrestre (dans ce cas, l'axe primaire du cardan 1 est dispose
transversalement par rapport a la ligne de foi du vehicule), ou bien
d'une fonction auxiliaire de pointage en roulis de la torpille,
c'est-a-dire pilotage de la torpille en roulis.
Le signal SA delivre par l'accelerometre A est envoye en precession
lente sur le moteur couple de precession en roulis M du gyroscope G
pour niveler son axe de rotation SG et pour maintenir le cardan 1
vertical quels que soient les mouvements angulaires du vehicule Le
signal SA transite par x un filtre passe bas FPB avant d'etre dirige
vers le susdit moteur couple MGY' Le moteur couple de precession en
roulis MGY du gyroscope G (moteur couple qui nivelle l'axe de rotation
SG de ce gyroscope G) recoit, en plus du signal S Ax provenant de
l'accelerometre A (signal S Ax eventuellement corrige de
l'acceleration centri- fuge dans les virages, soit S Z V, 2 z etant la
vitesse angulaire d'azimut et V la vitesse axiale du vehicule), un
autre type de signal de precession qui est a haute bande passante
alors que le signal
S Ax est filtre par le filtre passe bas FPB.
Ce signal (voir fig 2) est de la forme 2 z tg Tac, formule dans
laquelle 2 z est la mesure du gyroscope G autour de son axe Gzz et Tac
le tangage calcule issu d'une boucle de calcul indepen- dante et dont
il sera plus explicitement question ci-apres Ce calcul resulte d'un
couplage optimal des mesures GX et SAY autour de l'axe de tangage.
Il est en effet indispensable de calculer le signal Qz tg Tac; si l'on
considere un vehicule decrivant une helice descendante, sa ligne de
foi etant la tangente a cette helice descendante inclinee de l'angle
de tangage Ta sur le plan horizontal (voir fig 5), l'axe de rotation
SG du gyroscope G etant maintenu horizontal, il doit donc decrire un
plan horizontal.
Le couple de precession global qui s'exerce sur la toupie du gyroscope
G lorsque le vehicule tourne en azimut doit donc aussi etre horizontal
L'axe d'action du moteur couple de precession en azimut MGZ du
gyroscope G est alors incline d'un angle de Ta sur l'horizontale, et
il fournit, par la boucle de-precession en tangage, un couple HQ 2 non
horizontal.
Il faut donc appliquer un couple H Qz tg Ta simultanement sur le
moteur couple de precession en roulis MGY" et ceci afin que le couple
globalement applique par les moteurs couples de precession en tangage
MGZ et en roulis M soit un couple horizontal, et que donc l'axe de
rotation S G reste horizontal durant tout le virage du vehicule Les
mouvements al- ternatifs de lacet du vehicule pouvant avoir une
frequen- ce de l'ordre du Hz (lors d'une descente), le calcul du terme
Sz t (Ta), doit etre fait a haute bande passante (de l'ordre de 20
Hz). Toutefois, le calcul peut n'avoir qu'une tres faible precision:
par exemple 1 percent d'erreur pour 30 de lacet a un Hz et une pente
de 120 = 0,2 rd, n'entraine qu'une erreur alternative de + 0,3 ' sur
l'horizontalite de l'axe de rotation SG du gyroscope G, donc une
erreur negligeable (1 percent de 0,2 x 180 ' = 0,3 ').
Un calcul analogue, pour un virage de 90 du vehi- cule avec une pente
constante de 120 connue a 1 percent pres,donne une erreur
d'horizontalite de 10 ' environ, ce qui est encore tres acceptable
puisque cela correspond
A 0,18.
D'ailleurs, cette erreur d'horizontalite disparaitra lentement des que
le vehicule reprendra un parcours rec- tiligne, du fait de la
precession lente due a l'action du signal SA sur le moteur couple de
precession en rou- lis du gyroscope G. Les deux detecteurs de position
en tangage DFX du deuxieme gyroscope F asservissent, par
l'intermediaire d'un dispositif electronique 23 assurant notamment la
fonction amplificateur alternatif puis demodulateur, le moteur couple
de precession en tangage MFX du deuxieme gyroscope F generant la
vitesse angulaire mesuree c 2 (fig 3).
Ces deux detecteurs de position en tangage DFX donnent, toujours par
l'intermediaire du dispositif electronique 23, et par l'intermediaire
d'un dispositif sommateur 24 recevant un signal de correction dont il
sera plus explicitement question ci-apres, la mesure
2 corrigee d'une erreur fixe (derive du gyroscope even- tuellement)
qui est exploitee, dans un dispositif de mesure 25 ou 26, pour obtenir
la fonction auxiliaire de pointage en tangage Il peut s'agir d'une
fonction auxiliaire de pointage en devers du plan de visee de l'arme
portee par la tourelle du vehicule terrestre
(si l'axe primaire du cardan 1 est dispose transversa- lement), ou
bien d'une fonction auxiliaire de pointage en tangage de la torpille,
c'est-a-dire pilotage de la torpille en tangage Les deux detecteurs de
position en tangage DAY de l'accelerometre A asservissent la masse 15
de l'accelerometre A selon l'axe de tangage, et mesurent
l'acceleration selon l'axe de sensibilite en tangage Ay (signal SA)
Ceci est possible grace a l'envoi d'un courant continu dans
l'enroulement d'asservissement
EAY de l'accelerometre.
Le signal SA est exploite pour cooperer avec les deux autres mesures
suivantes: mesure de la vitesse angulaire S? de tangage a large bande
passante et exacte a court terme, mais dont l'in- tegration deriverait
a long terme (derive fixe inconnue du gyroscope G), ce qui rend
impossible une indication de tangage calcule; mesure de la vitesse
lineaire axiale du vehicule VEY connue par rapport au milieu ambiant,
cette mesure etant constituee par une valeur bruitee mais sans di-
vergence a long terme.
En effet, la mesure accelerometrique S Ay est la somme des quatre
termes suivants: une acceleration "basse frequence" correspondant aux
variations de vitesse V du vehicule, une acceleration "bruit"r
correspondant aux vibrations, aux accelerations rapides dues au roulis
et au tangage du vehicule, a des variations de vitesses non percues
par le capteur de vitesse externe, une acceleration correspondant a la
composante de la gravite, g-sin Ta, Ta designant le tangage vrai, une
"acceleration parasite"r SAY correspondant a une erreur de zero de
l'accelerometre A. On constate donc que, si l'on retranche du signal
SA la derivee de la vitesse VEY' seul subsiste le y signal g sin Ta +
"acceleration bruit" + "accelera- tion parasite EAY" Ce nouveau signal
est filtre par un filtre passe bas (temps de filtrage superieur a 30
secondes) et permet d'obtenir une valeur moyenne exacte du tangage;
cette valeur est cependant inexacte a court terme pour les frequences
de l'ordre du Hz par exemple (frequences correspondant a la suspension
du vehicule). Au contraire, l'integration pure et simple de la mesure
gyrometrique SX (generalement lineaire a 104 pres) donnerait un reflet
exact des mouvements de tangage rapide (6 a 1 Hz par exemple), mais
divergerait lineai- rement a long terme, pour atteindre une divergence
de l m rd en 60 secondes. On constate donc que le temps pendant lequel
on peut compter sur le gyroscope G pour calculer le tangage peut
atteindre 60 secondes, voire meme quelques minutes, ce qui permet a
l'accelerometre A, qui delivre le signal S Ay filtre, de percevoir la
derive lineaire qui apparait sur le tangage Ta.
L'accelerometre A peut donc compenser la derive fixe du gyroscope G,
ce qui permet d'ailleurs d'ameliorer le temps pendant lequel on peut
compter sur le gyroscope seul pour calculer le tangage.
Inversement, si le vehicule se deplace sur un sol horizontal,
l'integration du signal SA, qui devrait donner a chaque instant la
vitesse VEY ne la donne pas en raison de l'acceleration parasite c AY'
La difference existant donc entre VEY et rt ft (S Ay g sin Ta)dt
permet de corriger l'erreur de zero de l'accelerometre
A a mieux que 10 g, et ce grace a un terme propor- tionnel a cet ecart
(coefficient k A).
La fig 3 montre donc le principe de bouclage en gyrometre utilise sur
l'axe de sensibilite en tangage GX du deuxieme gyroscope F, grace a
l'amplifi- cateur alternatif-demodulateur 23.
La fig 4 montre un bouclage continu de type analogique ou digital,
utilisant les trois signaux d'information SAX, nx et VE Y Le signal S
Ay est integre par la cellule 27 qui delivre un signal Vy
correspondant a la vitesse iner- tielle estimee.
Le signal Vy est combine dans une cellule 28, avec le signal VEY
(vitesse axiale lineaire du vehicule) pour former un signal de
detection SDET de divergence et de correction correspondant a la
derive de l'accelerometre A et a la derive du deuxieme gyroscope F. Ce
signal de detection SDET est envoye dans une cellule 29 qui recoit le
coefficient k A representant le terme proportionnel dont question ci-
dessus, dans une cellule 30 qui calcule la derive fixe du gyroscope.
La cellule 29 delivre un signal representant l'acce- leration parasite
UAY qui est combine, a des fins de correction, au signal SA avant son
entree dans la y cellule 27.
La cellule 30 delivre un signal representant la derive du g y r o S c
o p e Ce signal est com- bine au signal UQ (provenant de la cellule 23
associee x au deuxieme gyroscope G), qui est lui-meme fausse par une
erreur fixe A o Le signal resultant de cette combinaison est integre
dans la cellule 31 dont la sortie delivre le tangage calcule (Ta)c Une
cellule 32 elabore le signal g sin (Ta)c qui est melange au signal UAY
representant l'acceleration parasite, avant combinaison de ce signal
avec le signal S Ay.
Dans ces conditions, on constate que l'accelerometre A donne une
justesse a long terme pour le signal du tangage calcule (Ta)c, le
deuxieme gyroscope F donne une justesse a tres court terme du tangage
reel (reproduction exacte des mouvements angulaires rapides),
l'accelerometre A contribue a estimer la derive du signal du gyroscope
au bout de quelques minutes, la vitesse externe VEY sert a corriger
automatiquement, apres quelques minutes de fonctionnement de la
boucle, la valeur du signal S Ay faussee par le signal EAY (erreur de
zero de l'accelerometre).
Un tel schema de bouclage est tres simple et il est rendu possible par
le fait que l'axe de sensibilite en tangage GX du premier gyroscope G
est maintenu toujours horizontal, et que l'axe de sensibilite en
tangage GX du premier gyroscope G decrit des mouvements coniques ultra
plats (a aire en steradian nulle, donc derive conique nulle de cet
axe).
De meme, le calcul de cap est effectue par une formule simple de type
(integration de la mesure d'un gyroscope fictif Gz F, d'axe sensible
vertical qui me- surerait Q z voir fig 5). cos Ta t K = k + _ _ dt (ST
sin L + B) (t-to), cos (Ta)c o formule dans laquelle K est le cap, Ko
est le cap initial, c 2 sin L est la composante verticale de la
rotation terrestre, B est la balourd de la toupie du premier gyroscope
G, t est le temps.
Cette formule est applicable du fait que l'axe de rotation SG du
premier gyroscope G est maintenu horizon- tal, ce qui entraine la
nullite de la derive du mouvement conique autour de l'axe de
sensibilite en azimut du gyroscope fictif Gz, (mouvement conique de
l'axe Gz, d'aire nulle en steradian dans l'espace terrestre quels que
soient les mouvements de la caisse du vehicule).
Selon la variante de l'invention illustree sur la fig 6, sur laquelle
les memes chiffres de reference designent les memes organes que sur la
fig 1, le deuxieme gyroscope F, a deux degres de liberte, est monte
mobile sur le cardan 1, pour pouvoir occuper deux positions,,r O "r et
"it", diametralement opposees, et, ce par pivotement autour d'un axe
parallele a l'axe de sensibilite en azimut GZ du premier gyroscope G.
Lorsque le vehicule est immobile, on utilise alors les deux axes de
sensibilite GX et Gy, de ce deuxieme gyroscope F pour mesurer, en
utilisant ce deuxieme gy- roscope F, en gyrometre S cos L cos K + d X
position O S cos L cos K O d X position X c cos L sin Ko +dy position
O 52 cos L sin Ko -dy position u
* 2 cos L designant la composante horizontale de la ro- tation
terrestre, Ko designant le cap initial, d X et dy designant les
derives fixes du deuxiemee gyroscope F. Ceci permet alors de calculer
la valeur du cap initial K et d'eliminer les derives fixes du deuxieme
gyroscope o F. Selon le mode de realisation de l'invention illustre
sur la fig 1, l'axe de pivotement 2 du cardan 1 est parallele a l'axe
longitudinal du vehicule.
Selon une variante non representee de l'invention, l'axe de pivotement
du cardan pourrait etre dispose trans- versalement par rapport a l'axe
longitudinal du vehicule, cette variante paraissant particulierement
interessante a appliquer dans le cas de la stabilisation d'une arme a
feu.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Installation gyroscopique de navigation montee sur un vehicule et
permettant, d'une part, de connaitreles parametres caracterisant la
trajectoire de ce vehi-cule, et, d'autre part, d'assurer une fonction
auxiliaire de pointage d'une partie au moins de ce vehicule,
-caracterisee par le fait qu'elle comporte, en combinaison, les
elements suivants: un cardan (1) monte tourillonnant sur le vehicule
autour d'un axe (2), un premier gyroscope a deux axes de sensibilite
(G) monte sur ce cardan (1), de sorte que l'un de ses deux axes de
sensibilite (axe de sensibilite en azimut GZ) soit orthogonal a l'axe
longitudinal (2) du vehicule, l'autre axe de sensibilite (axe de
sensibilite en roulis Gy) etant parallele a l'axe longitudinal (2) du
vehicule, et de sorte que l'axe de rotation (SG) de sa toupie (7) soit
maintenu dans un plan horizontal, un accelerometre asservi a deux axes
de sensibilite (A) monte sur ce cardan (1), de sorte que l'un de
sesdeux axes (axe de sensibilite en tangage AY) soit paral-lele a
l'axe longitudinal (2) du vehicule, et l'autre axe de sensibilite (axe
de sensibilite en roulis Ax)soit parallele a l'axe de rotation SG du
premier gyros-cope (G), cet accelerometre asservi (A) delivrant deux
signaux analogiques SA et S Ay representatifs de la mesure des
accelerations selon les deux susdits axes de sensibilite en roulis AX
et en tangage A,un deuxieme gyroscope (F) a au moins un axe de
sensi-bilite (axe de sensibilite en tangage Gx) monte sur ce cardan
(1), de sorte que cet axe de sensibilite en tangage GX soit parallele
a l'axe de rotation SG de la toupie (7) du premier gyroscope (G), donc
soit horizontal, et par le fait que les susdits elements cooperent
entre eux de la facon suivante, les detecteurs de position en azimut
DGZ du premier gyroscope G asservissent le moteur couple de precession
en azimut MGZ du premier gyroscope G, et donnent une indication qui
est exploitee, d'une part, pour obtenir les parametres d'azimut
caracterisant, par sa vitesse angulaire Qz la trajectoire du vehicule,
et, d'autre part, pour obtenir la fonction auxiliaire de pointage en
azimut, les detecteurs de position en roulis DGY du premier gyroscope
G asservissent le moteur d'asservissementen roulis My du cardan 1 qui
porte le stator d'un de-tecteur angulaire de position en roulis Py et
donnent des indications qui sont exploitees pour obtenir la fonction
auxiliaire de pointage en roulis, le detecteur de position en tangage
DFX du deuxieme gyroscope F asservit le moteur couple de precession en
tangage MFX du deuxieme gyroscope F et donne une indication 2 x qui
est exploitee pour obtenir la fonction auxiliaire de pointage en
tangage,le signal d'inclinaison en roulis SA de l'accelero-metre A
(apres correction de l'effet centrifuge Z V) est utilise pour niveler,
par precession, l'axe de rotation S du premier gyroscope G, ce qui
provoque une rotation lente du cardan (1) autour de l'axe de
sensibilite en rouliz Gy de ce premier gyroscope G,le signal
d'inclinaison en tangage S Ay de l'accelerome-tre A indique a long
terme le tangage, et le deuxieme gyroscope F indique une vitesse
exacte a court terme i X qui est la vitesse de tangage, ce, grace a
quoi, la complementarite des spectres des signaux S Ay et 52 permet de
realiser une boucle de calcul analogique ou digital conduisant a une
valeur calculee du tangage qui est a peu pres exacte dans toutela
gamme du spectre, a long terme et a court terme.2. Installation selon
la revendication 1, carac-terisee par le fait que le premier gyroscope
G est boucle autour de son axe de sensibilite en azimut Gz de maniere
a donner une valeur gyrometrique mesuree, par le fait que le premier
gyroscope G est boucle sur le cardan (1) autour de son axe de
sensibilite en roulis Gy# et par le fait que le premier gyroscope G
recoit une precession calculee z tg(Ta) -c, ce grace a quoi la derive
du mouvement conique autour d'un axe azimut Gzt (vraiment vertical)
est nulle, ce qui permet de calculer le cap par la formule t ((z and
#x003E;) M K=K + K_ __ dt (2 sin L+B) (t-to), cos (Ta)c et ce grace a
quoi la derive de mouvement conique de la mesure 2 Xintegree est nulle
(calcul de tangage), ce qui autorise un calcul du tangage simplene
faisant intervenir que la mesure gyroscopique ux 23. Installation
selon la revendication l ou 2, carac-terisee par le fait que le
deuxieme gyroscope F est consti-tue par un gyrometre.4. Installation
selon la revendication 1 ou 2, carac-terisee par le fait que le
deuxieme gyroscope F est cons-titue par un gyroscope flottant a un
degre de liberteboucle electriquement en gyrometre.5. Installation
selon la revendication 1 ou 2, caracterisee par le fait que le
deuxieme gyroscope F est un gyroscope a deux axes de sensibilite dont
un seulest utilise.6 Installation selon la revendication 5,
carac-terisee par le fait que le deuxieme gyroscope F estmonte mobile
sur le cardan(1) de maniere a pouvoir occu-per deux positions,
diametralement opposees, par pi-votement autour d'un axe parallele a
l'axe de sensibilite en azimut Gz du premier gyroscope G (recherche
autonomede Nord).7. Installation selon les revendications 1 a
6,caracterisee par le fait que l'axe de pivotement (2) ducardan (1)
est parallele a l'axe longitudinal du vehicule.8 Installation selon
les revendications 1 a 7,caracterisee par le fait que l'axe de
pivotement (2) du cardan (1) est dispose transversalement par rapporta
l'axe longitudinal du vehicule.
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