Sistema de estabilización afinada de una línea de mira de un dispositivo optrónico (4),

que comprende:

- unos medios de medición (41) apropiados para medir una desestabilización (5, 5'') de la línea de mira, conteniendo la desestabilización por lo menos una componente periódica de frecuencia (On) conocida a priori y/o lentamente variable en el tiempo;

- un corrector (424) apropiado para generar una señal de compensación en función de la desestabilización medida,

comprendiendo el corrector (424):

- por lo menos un estimador (45) apropiado para estimar unos parámetros de una función representativa de la desestabilización,

- por lo menos un predictor (46) apropiado para tener en cuenta la predicción de un retardo (??n) entre la compensación y la medición de la desestabilización,

comprendiendo además el sistema:

- un accionador de estabilización (43) apropiado para compensar la desestabilización,

caracterizado porque

el corrector es armónico (424),

cada estimador (45) comprende por lo menos un filtro centrado sobre cada frecuencia (On) conocida a priori y/o lentamente variable en el tiempo para:

descomponer cada componente periódica en por lo menos una señal sinusoidal (hat{Sn(ti)), y

estimar una amplitud (hat{An) y una fase (Fn) de cada señal sinusoidal

Sistema y procedimiento de estabilización de una línea de mira.

Campo técnico general

La presente invención se refiere a un sistema de estabilización de la línea de mira de un dispositivo optrónico. Comprende unos medios de medición y de generación de una compensación de la desestabilización de la línea de mira. La señal de compensación es función de la desestabilización armónica medida.

La invención se refiere asimismo a un procedimiento de aplicación del sistema.

Estado de la técnica

La figura 1 representa esquemáticamente una aeronave 1 conocida, del tipo helicóptero o avión no tripulado por ejemplo, que comprende un cuerpo 2 sobre el que están en rotación unas palas 3.

La aeronave 1 comprende un dispositivo optrónico de mira 4 que orienta y estabiliza una línea de mira 5. El dispositivo optrónico 4 puede presentar unas líneas de miras visibles y/o infrarrojas y/o láser. El dispositivo optrónico 4 está eventualmente conectado a un puesto de tiro 6.

La aeronave 1 está sometida a unas perturbaciones aleatorias (debidas por ejemplo al viento) y a unas perturbaciones deterministas (debidas por ejemplo a la rotación de las palas 3). Por ello, el dispositivo optrónico de mira 4 está situado en un entorno vibratorio. La desestabilización inducida sobre la línea de mira se traduce por un desplazamiento angular a, a la frecuencia de las perturbaciones, entre dos posiciones 5 y 5' de la línea de mira. Dicha desestabilización provoca un desenfoque cuando tiene lugar la adquisición de las imágenes y reduce por tanto las prestaciones del dispositivo optrónico 4 considerado.

La figura 2 muestra un ejemplo clásico de un sistema de estabilización de la línea de mira del dispositivo 4.

El sistema comprende unos medios de adquisición 44 para la adquisición de imágenes (cámaras, medidores de desviación, señaladores o iluminadores LASER) para condicionar en posición y para estabilizar.

El sistema comprende unos medios de medición 41 apropiados para medir la desestabilización de la línea de mira 5, 5'. En general, los medios de medición 41 comprenden un sensor de actitud y/o un sensor inercial, anotados 411. Clásicamente, un medidor de desviación 412 permite además medir el desplazamiento de un blanco 45 en una imagen.

El sistema comprende asimismo unos correctores 42 apropiados para generar una señal de compensación de la desestabilización. La señal de compensación es función de la desestabilización medida. Clásicamente, el corrector principal del dispositivo 4 es el corrector optomecánico 421 que manda un accionador optomecánico 431 y permite así realizar un bucle inercial 4a. Sin embargo es posible que el corrector optomecánico 421 reciba unas consignas de un corrector de la medición de desviación 422 y realizar así un bucle de vídeo 4b que perseguirá los movimientos del blanco 45.

Independientemente del corrector de la medición de desviación 422, es posible tener un corrector de estabilización fina 423 para corregir en la imagen el error residual del bucle inercial 4a.

En general, los medios de estabilización son optomecánicos. El accionador optomecánico 431 y el sensor de actitud 411 son mecánicamente solidarios, de manera que el desplazamiento del accionador optomecánico 431 puede ser medido por el sensor de actitud 411.

Por el contrario, el accionador de estabilización fina 432 no es mecánicamente solidario del sensor de actitud 411 y existe por lo menos un grado de libertad entre los dos. El accionador de estabilización fina 432 comprende unos medios de desplazamiento preciso de la línea de mira con respecto al sensor de actitud 411: es la estabilización fina de la línea de mira 4c. El accionador de estabilización fina 432 se presenta generalmente en forma de un espejo (o lámina con caras paralelas) situado físicamente entre una claraboya del sistema y los medios de adquisición de imágenes 44.

El accionador de estabilización fina 432 recupera la señal de compensación procedente del sensor de actitud 411, a través de los correctores 421 y 423. El accionador de estabilización fina 432 estabiliza la línea de mira, desplazándose en oposición de fase con la desestabilización.

Los trazos de puntos del bucle de vídeo 4b indican que los medios de adquisición de imágenes 44, de medición de desviación 412 y el corrector de la medición de desviación 422 pueden ser solidarios entre sí, para que el sistema forme un bucle de vídeo cerrado de estabilización 4b, o estar desolidarizados, para que el sistema forme un bucle de vídeo abierto.

El sistema según la figura 2 adolece sin embargo de ciertos inconvenientes.

El bucle inercial 4a posee en particular una banda pasante limitada (inferior al centenar de hertzios) y no permite obtener la estabilización muy fina de la línea de mira.

La utilización de la estabilización fina 4c permite una mejora de las prestaciones, pero sigue siendo muy sensible al desfase, lo cual requiere en la práctica grandes bandas pasantes para el accionador de estabilización fina 432. Además, las deformaciones mecánicas 46, entre el sensor de actitud 411 y el accionador optomecánico 431 no son compensadas.

El bucle de vídeo 4b permite compensar las imperfecciones del sensor de actitud 411, pero la banda pasante del bucle de vídeo 4b está limitada a algunos hertzios por la toma de imágenes. La misma no permite aumentar el alcance del dispositivo de mira.

El documento US-A-5.444.509 da a conocer un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1. El dispositivo no utiliza el conocimiento a priori de la frecuencia y/o del comportamiento de la frecuencia en el tiempo, sino que deriva por lo menos una vez la desestabilización para generar una señal de compensación, lo cual adolece del inconveniente de aumentar en particular las vibraciones a altas frecuencias.

Presentación de la invención

La presente invención propone evitar por lo menos uno de los inconvenientes de la técnica anterior.

Se propone así según la invención un sistema de estabilización afinada según la reivindicación 1.

La invención se completa ventajosamente por las características de las reivindicaciones 2 a 18.

La invención se refiere asimismo a un procedimiento de estabilización de una línea de mira utilizado en dicho sistema.

La invención denominada estabilización afinada, se presenta por ejemplo en la figura 3.

La estabilización afinada es una mejora del esquema clásico de la figura 2, introduciendo un corrector armónico 424 con el accionador de la estabilización 43 y un eventual medidor de desviación 412 por ejemplo utilizado para medir el desplazamiento del fondo de las imágenes.

La estabilización afinada utiliza el hecho de que para unas aeronaves del tipo helicóptero, avión no tripulado o avión de hélices, la desestabilización inducida por las vibraciones de la aeronave es periódica y puede por consiguiente representarse en forma de un espectro de rayas (de frecuencias O_n). Las componentes espectrales principales en forma de rayas se deben por ejemplo a la rotación de las palas de un helicóptero a de la hélice de un turbopropulsor.

Para los helicópteros, la frecuencia de la vibración fundamental y sus armónicos alcanzan algunas decenas de hertzios. La frecuencia fundamental sólo depende del tipo de helicóptero considerado. La misma no depende ni de la velocidad ni de las condiciones de vuelo, y por tanto se conoce a priori.

Para los turbopropulsores, estas frecuencias pueden alcanzar algunos centenares de hertzios. En velocidad de crucero, la frecuencia fundamental es estable. Esta desestabilización periódica es determinista. La misma puede ser estimada en tiempo real por un dispositivo exterior basado en un bucle de enclavamiento de fase. Es suficiente que las variaciones de frecuencia sean lentamente variables. El corrector armónico 424 las supondrá conocidas en la continuación.

Las características deterministas de la desestabilización de la línea de mira se pueden medir por tanto por medio de una medición de la desestabilización. A la inversa de los sistemas perturbados aleatoriamente, es posible anticipar cada componente sinusoidal de la perturbación. Es posible entonces realizar una compensación optimizada global.

Los conocimientos precisos de la ganancia y del retardo de los medios de estabilización 431 ó...

1. Sistema de estabilización afinada de una línea de mira de un dispositivo optrónico (4), que comprende:

- unos medios de medición (41) apropiados para medir una desestabilización (5, 5') de la línea de mira, conteniendo la desestabilización por lo menos una componente periódica de frecuencia (O_n) conocida a priori y/o lentamente variable en el tiempo;

- un corrector (424) apropiado para generar una señal de compensación en función de la desestabilización medida,

comprendiendo el corrector (424):

- por lo menos un estimador (45) apropiado para estimar unos parámetros de una función representativa de la desestabilización,

- por lo menos un predictor (46) apropiado para tener en cuenta la predicción de un retardo (??_n) entre la compensación y la medición de la desestabilización,

comprendiendo además el sistema:

- un accionador de estabilización (43) apropiado para compensar la desestabilización,

caracterizado porque

el corrector es armónico (424),

cada estimador (45) comprende por lo menos un filtro centrado sobre cada frecuencia (O_n) conocida a priori y/o lentamente variable en el tiempo para:

descomponer cada componente periódica en por lo menos una señal sinusoidal (hat{S}_n(t_i)), y

estimar una amplitud (hat{A}_n) y una fase (F_n) de cada señal sinusoidal.

2. Sistema según la reivindicación anterior, en el que el corrector armónico (424) comprende por lo menos un amplificador (47) apropiado para generar una ganancia de corrección a la salida de por lo menos un predictor (46).

3. Sistema según la reivindicación anterior, que comprende además unos medios apropiados para efectuar una combinación de predicciones de los predictores (46) y de ganancias a la salida de los amplificadores (47).

4. Sistema según una de las reivindicaciones 2 a 3, en el que los amplificadores (47) son apropiados para tener en cuenta una atenuación entre la compensación y la medición de la desestabilización.

5. Sistema según una de las reivindicaciones 2 a 3, en el que los amplificadores (47) están situados en un bucle de condicionado.

6. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, en el que cada predictor (46) es apropiado para calcular (n) señales de corrección (S'_n(t)), lo cual permite corregir un retardo global (??_n) del dispositivo.

7. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos un filtro de Kalman agrupa por pares un estimador y un predictor.

8. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el corrector armónico (424) es apropiado para generar una señal de compensación en oposición de fase con la señal de desestabilización.

9. Sistema según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el accionador de estabilización (43) es apropiado para estabilizar la línea de mira (5) durante una adquisición de una imagen por unos medios de adquisición (44) del sistema.

10. Sistema según la reivindicación 9, en el que el accionador (43) comprende un accionador optomecánico (431).

11. Sistema según una de las reivindicaciones 9 a 10, en el que los medios (41) de medición comprenden un sensor de actitud.

12. Sistema según las reivindicaciones 10 a 11, en el que el accionador optomecánico (431) es solidario del sensor de actitud (411), de manera que el sistema forma un bucle inercial cerrado.

13. Sistema según la reivindicación 9, en el que el accionador (43) comprende un accionador de estabilización fina (432).

14. Sistema según la reivindicación 13, en el que el accionador de estabilización fina (432) comprende unos medios optomecánicos de desplazamiento de la línea de mira (5, 5') con por lo menos un grado de libertad con respecto al sensor de actitud (411).

15. Sistema según la reivindicación 14, en el que los medios optomecánicos de desplazamiento de la línea de mira (5, 5') comprenden unos medios de desplazamiento de una lámina, de un espejo o de un prisma de estabilización fina de la línea de mira (5, 5'), estando la lámina, el espejo o el prisma situados entre el corrector armónico (424) y unos medios de adquisición (44).

16. Sistema según la reivindicación 14, en el que el accionador de estabilización fina (432) comprende unos medios de estabilización electrónica fina.

17. Sistema según una de las reivindicaciones 9 a 10, en el que los medios (41) de medición comprenden un medidor de desviación (412) unido a uno de los medios de adquisición de imagen (44).

18. Sistema según la reivindicación anterior, en el que el medidor de desviación (412) es apropiado para medir el desplazamiento de una escena, de manera que el sistema forma un bucle de vídeo cerrado.

19. Procedimiento de estabilización afinada de una línea de mira (5) de un dispositivo optrónico (4), que comprende unas etapas de:

- medición de una desestabilización (5, 5') de la línea de mira por unos medios de mediación (41), conteniendo la desestabilización por lo menos una componente periódica de frecuencia (O_n) conocida a priori y/o lentamente variable en el tiempo;

- generación de una señal de compensación en función de la desestabilización medida por un corrector (424),

comprendiendo la generación de la señal de compensación las etapas:

- de estimación, por lo menos por un estimador (45) comprendido en el corrector (424), de los parámetros de una función representativa de la desestabilización,

- de toma en cuenta de la predicción de un retardo (??_n) entre la compensación y la medición de la desestabilización, por lo menos por un predictor (46) comprendido en el corrector,

- comprendiendo el procedimiento además una compensación de la desestabilización por un accionador de estabilización (43),

caracterizado porque comprende unas etapas de:

- filtrado de la desestabilización por lo menos por un filtro, comprendido en el estimador (45) y centrado sobre cada frecuencia (O_n) conocida a priori y/o lentamente variable en el tiempo;

- descomposición, por el estimador, de cada componente periódica en por lo menos una señal sinusoidal (hat{S}_n(t_i)), y

- de estimación, por el estimador, de una amplitud (hat{A}_n) y de una fase (F_n) de cada señal sinusoidal.

20. Procedimiento según la reivindicación anterior, que comprende una etapa de generación de una ganancia de corrección a la salida de por lo menos un predictor (46) gracias a por lo menos un amplificador (47) comprendido en el corrector.

21. Procedimiento según la reivindicación anterior, que comprende además una etapa de combinación de predicciones de los predictores (46) y de ganancias a la salida de los amplificadores (47).

22. Procedimiento según una de las tres reivindicaciones anteriores, que comprende una etapa de cálculo de n señales de corrección (S'_n(t')) por cada predictor (46).

23. Procedimiento según una de las cuatro reivindicaciones anteriores, que comprende una etapa de agrupación por pares de un estimador y de predictor en por lo menos un filtro de Kalman.

24. Procedimiento según una de las cinco reivindicaciones anteriores, que comprende una etapa de generación de una señal de compensación en oposición de fase con la señal de desestabilización por el corrector armónico (424).

25. Procedimiento según una de las seis reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas de:

- medición de una desestabilización de la línea de mira (5, 5') por un medidor de desviación (412);

- generación de una señal de compensación por un corrector armónico (424);

- modificación de la posición de la línea de mira y/o de una imagen adquirida por unos medios de adquisición (44) por un accionador de estabilización fina (432).

26. Procedimiento según una de las siete reivindicaciones anteriores, que comprende una etapa de estimación de la frecuencia con un bucle con enclavamiento de fase lenta con respecto a esta frecuencia.

27. Procedimiento según una de las ocho reivindicaciones anteriores, que comprende una etapa de estabilización, por el accionador de estabilización (43), de la línea de mira (5) en función de la señal recibida del corrector armónico (424) que es una combinación lineal de las señales procedentes de los predictores.