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ES2206385T3 - Dispositivo de localizacion de un objeto. - Google Patents

Dispositivo de localizacion de un objeto.

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ES2206385T3
ES2206385T3 ES01401526T ES01401526T ES2206385T3 ES 2206385 T3 ES2206385 T3 ES 2206385T3 ES 01401526 T ES01401526 T ES 01401526T ES 01401526 T ES01401526 T ES 01401526T ES 2206385 T3 ES2206385 T3 ES 2206385T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
image
angle
orientation
images
change
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
ES01401526T
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Pierre Merle
Gerard Charrette
Christophe Schlossers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aerospatiale Matra Missiles SA
Original Assignee
Aerospatiale Matra Missiles SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Aerospatiale Matra Missiles SA filed Critical Aerospatiale Matra Missiles SA
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F41—WEAPONS
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    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2253—Passive homing systems, i.e. comprising a receiver and do not requiring an active illumination of the target
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/224—Deceiving or protecting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2273—Homing guidance systems characterised by the type of waves
    • F41G7/2293—Homing guidance systems characterised by the type of waves using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/785—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system
    • G01S3/786—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system the desired condition being maintained automatically
    • G01S3/7864—T.V. type tracking systems

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Abstract

Dispositivo para localizar un objeto (C), comportando dicho dispositivo (1): - un detector óptico (2) que comprende: . un medio de toma de vistas (3) que es susceptible de formar las imágenes de la escena que rodea dicho objeto (C); y . una unidad de tratamiento de imágenes (4) que es susceptible de identificar el objeto (C) en las imágenes formadas por dicho medio de toma de vistas (3) y de localizar dicho objeto (C) a partir de su posición en dichas imágenes; - al menos un girómetro (6, 7) que es susceptible de medir un ángulo de cambio de orientación de dicho detector óptico (2); y - una unidad central (8), caracterizado porque dicho girómetro (6, 7) está formado de manera que mida un ángulo de cambio de orientación según una dirección determinada que corresponde a uno de dos ejes (OX, OY) que definen un plano de referencia (OXY) del detector óptico (2), en el que están formadas dichas imágenes (I) y porque dicha unidad central (8) está formada de manera: - que convierta dicho ángulo decambio de orientación medido por el girómetro (6, 7) en una distancia sobre dicho plano de referencia (OXY) según dicho eje que corresponde a dicha dirección determinada; - para utilizar esta distancia para estimar la posición (Pe) del objeto (C) en una imagen actual (I), a partir de su posición (C1) en una imagen precedente; y - para accionar dicha unidad de tratamiento de imágenes (4) de modo que busque el objeto (C), en una parte de imagen (IO) predeterminada que está definida alrededor de dicha posición estimada (Pe) del objeto (C).

Description

Dispositivo de localización de un objeto.
La presente invención se refiere a un dispositivo de localización de un objeto, así como a una aplicación de este dispositivo.
La invención se refiere más precisamente a un dispositivo que comporta un detector óptico que comprende:
-
un medio de toma de vistas que es susceptible de formar las imágenes de la escena que rodea dicho objeto; y
-
una unidad de tratamiento de imágenes que es susceptible de identificar el objeto en las imágenes formadas por dicho medio de toma de vistas y de localización de dicho objeto a partir de su posición en dichas imágenes.
Dicho dispositivo de localización puede en particular estar integrado en un dispositivo destinado a guiar un misil, por ejemplo un misil anticarro, hacia un blanco, y utilizarse para localizar este blanco de manera que permita el guiado del misil. De modo conocido (ver documento FR-2 753 785), dicho dispositivo de guiado comporta generalmente:
-
unos órganos de pilotaje que son accionados de conformidad con las órdenes de pilotaje;
-
un dispositivo de localización del blanco;
-
una fuente de informaciones inerciales; y
-
una unidad central que determina, a partir de informaciones recibidas de dicho dispositivo de localización y de dicha fuente de informaciones inerciales, las órdenes de pilotaje que son transmitidas a dichos órganos de pilotaje.
Se sabe que en dicha aplicación, la localización del blanco puede verse perturbada, en particular:
-
por el enmascaramiento temporal del blanco, por ejemplo por un obstáculo natural o artificial (humo, casa, ...). Dicho enmascaramiento es perjudicial para la robustez del bucle de guiado de realizado por dicho dispositivo de guiado. En efecto, la pérdida del blanco en una imagen puede conllevar su pérdida definitiva y por lo tanto una perturbación irremediable del procedimiento de localización y de este modo que fracase la misión; y
-
por un ruido al apuntar.
Se sabe que el ruido al apuntar puede tener su origen, en particular:
-
en un movimiento imprevisible del tirador, en particular en el caso de un misil anticarro;
-
en el deslastrado del puesto de tiro a la salida del misil, en el caso de un misil transportado; y
-
en la tracción de un cable de unión entre el puesto de tiro y el misil, generalmente al final del vuelo.
Dicho ruido al apuntar puede provocar un desplazamiento de gran magnitud del dispositivo de localización del blanco durante unos centenares de milisegundos, lo que hace necesario la utilización de un detector óptico que presente un campo visual (o campo de toma de imagen) muy amplio, para no perder el blanco. Naturalmente, dicho campo limita la banda de transmisión del detector óptico.
Por la patente US-5 860 619, se conoce un sistema de localización del tipo cabeza buscadora, que está montado en un misil y está destinado a localizar un blanco. A este efecto, comporta en particular un medio de toma de vistas, una unidad de tratamiento de imágenes y tres girómetros que miden los movimientos del misil en relación con los ejes de cabeceo, balanceo y guiñada, es decir en el espacio. Esta patente anterior prevé transponer las informaciones de imagen (recibidas de la unidad de tratamiento de imágenes) procedentes de imágenes sucesivas en un mismo sistema de referencia, por medio de un circuito de transformación de coordenadas, al que se aplican las mediciones realizadas por los girómetros.
La presente invención tiene por objeto remediar los inconvenientes precitados. Se refiere a un dispositivo, de coste reducido y muy robusto, que permite localizar un objeto, incluso en presencia de ruido y/o de un enmascaramiento temporal del objeto.
A este efecto, según la invención, dicho dispositivo para localizar un objeto comporta:
-
un detector óptico que comprende:
\bullet
un medio de toma de vistas que es susceptible de formar imágenes de la escena que rodea dicho objeto; y
\bullet
una unidad de tratamiento de imágenes que es susceptible de identificar el objeto en las imágenes formadas por dicho medio de toma de vistas y de localizar dicho objeto a partir de su posición en dichas imágenes;
-
al menos un girómetro que es susceptible de medir un ángulo de cambio de orientación de dicho detector óptico; y
-
una unidad central,
es notable porque dicho girómetro está formado de manera que mida un ángulo de cambio de orientación según una dirección determinada que corresponde a uno de los dos ejes que definen un plano de referencia del detector óptico, en el que se forman dichas imágenes, y porque dicha unidad central está formada de manera:
-
que convierta dicho ángulo de cambio de orientación medido por el girómetro en una distancia en dicho plano de referencia según dicho eje que corresponda a dicha dirección determinada;
-
que utilice esta distancia para estimar la posición del objeto en una imagen actual, a partir de su posición en una imagen anterior; y
-
que accione dicha unidad de tratamiento de imágenes de modo que busque el objeto, en una parte predeterminada de la imagen que se define alrededor de dicha posición estimada del objeto.
Así, gracias a la estimación de la posición del objeto realizada con la ayuda de mediciones realizadas
\newpage
por el(los) girómetro(s), se puede reducir, según el eje correspondiente a dicha dirección de cambio de orientación, la parte de imagen a tratar, lo que permite aumentar la banda de transmisión de la unidad de tratamiento de imágenes y por lo tanto reducir la duración de los tratamientos. Esto permite igualmente utilizar un detector óptico que presente un campo visual reducido según dicho eje y por lo tanto con un coste más bajo.
Además, gracias a dichas mediciones del girómetro, no se pierde nunca el objeto, ya que se conoce siempre una posición estimada de este último. Por consiguiente, el procedimiento de localización no está nunca irremediablemente perturbado, ni siquiera en presencia de imágenes que no puedan ser aprovechadas por la unidad de tratamiento de imágenes, por ejemplo cuando existe un enmascaramiento del objeto.
Por otra parte, dicho dispositivo de localización presenta un coste reducido, debido en particular al bajo coste de un girómetro.
Se observará que, para simplificar, se habla de ángulo dentro del ámbito de la presente invención, cuando los girómetros facilitan una velocidad angular. Sin embargo, las mediciones girométricas son muestreadas con una frecuencia fija de modo que las nociones de ángulo y de velocidad angular son prácticamente idénticas a un coeficiente conocido.
En un modo de realización preferido, el dispositivo según la invención comporta dos girómetros susceptibles de medir los ángulos de cambio de orientación, respectivamente según dos direcciones diferentes, relativas de preferencia a los ángulos de elevación y de rumbo. Esto permite reducir la parte de imagen tratada según dos direcciones diferentes, es decir en todo el plano de referencia.
Se observará que el dispositivo según la invención combina, de preferencia:
-
uno o dos girómetros de banda ancha de transmisión (entre 75 y 100 Hz), pero con prestaciones estáticas limitadas; y
-
una unidad de tratamiento de imágenes con banda de transmisión reducida (inferior a 30 Hz), pero con un error estático muy reducido.
Por otra parte, de modo ventajoso, dicha unidad central utiliza las informaciones proporcionadas por la unidad de tratamiento de imágenes, referente a la posición del objeto en al menos una imagen, para compensar la desviación de dicho girómetro.
La presente invención se refiere igualmente a un dispositivo para guiar un misil, en particular un misil anticarro, hacia un blanco, dispositivo de guiado del tipo que comporta:
-
unos órganos de pilotaje que se accionan de conformidad con las órdenes de pilotaje;
-
un dispositivo de localización del blanco;
-
una fuente de informaciones inerciales; y
-
una unidad central que determina, a partir de informaciones recibidas de dicho dispositivo de localización y de dicha fuente de informaciones inerciales, las órdenes de pilotaje que son transmitidas a dichos órganos de pilotaje.
Según la invención, este dispositivo de guiado es notable porque dicho dispositivo de localización es del tipo precitado.
Se deducirá de las figuras del dibujo adjunto como puede realizarse la invención. En estas figuras, referencias idénticas designan elementos semejantes.
La figura 1 es el esquema sinóptico de un dispositivo de localización según la invención.
La figura 2 ilustra esquemáticamente una imagen que contiene el objeto a localizar y que permite explicar la puesta en práctica de la presente invención.
El dispositivo 1 según la invención y representado esquemáticamente en la figura 1 está destinado a localizar un objeto C, en particular un blanco tal como un carro por ejemplo.
De modo conocido, dicho dispositivo 1 comporta un detector óptico 2 que comprende:
-
un medio de toma de vistas 3, por ejemplo una cámara convencional con radiación visible o una cámara infrarroja, que es susceptible de formar las imágenes de la escena que rodea dicho objeto C; y
-
una unidad de tratamiento de imágenes 4, de tipo convencional, que está conectada a dicho medio de toma de vistas 3 por una conexión 5, que es susceptible, por una parte, de identificar el objeto C en las imágenes I formadas por dicho medio de toma de vistas 3, y por otra parte, de localizar dicho objeto C a partir de su posición en dichas imágenes I.
Según la invención, dicho dispositivo 1 comporta además:
-
dos girómetros 6 y 7, siendo susceptibles cada uno de dichos girómetros 6 y 7 de medir un ángulo de cambio de orientación de dicho detector óptico 2, según una dirección determinada que corresponde a un eje OX, OY de un plano de referencia OXY del detector óptico 2, en cuyo plano OXY están formadas dichas imágenes I. Uno 6 de dichos girómetros 6 y 7 mide un ángulo de rumbo y el otro 7 un ángulo de elevación. Estos ángulos de elevación y de rumbo son, de preferencia, los ángulos de elevación y de rumbo del medio de toma de vistas 3; y
-
una unidad central 8 que está conectada por medio de conexiones 9 a 11 respectivamente a la unidad de tratamiento de imágenes 4, y a los girómetros 6 y 7.
La unidad central 8 utiliza los ángulos de cambio de orientación medidos por los girómetros 6 y 7, para estimar la posición actual Pe del objeto C en una imagen actual I (provista de un retícula central R), a partir de su posición C1 en una imagen precedente, como se puede ver en la figura 2, y acciona la unidad de tratamiento de imágenes 4 de modo que esta última busque el objeto C, en una parte de imagen (o superficie de búsqueda) IO predeterminada que está centrada en dicha posición estimada Pe del objeto C.
Para hacerlo, las mediciones de ángulo realizadas por los girómetros 6 y 7 son convertidas en distancias correspondientes sobre dicho plano de referencia OXY, sobre la que están formadas las imágenes I. En el ejemplo representado en la figura 2:
-
el ángulo de rumbo medido por el girómetro 6 corresponde a una distancia d1, según el eje OX que representa un eje horizontal; y
-
el ángulo de elevación medido por el girómetro 7 corresponde a una distancia d2, según el eje OY que representa un eje vertical ortogonal con el eje OX.
Así, a partir:
-
de una posición anterior C1 del objeto que es conocido, tanto a partir de tratamientos realizados por la unidad de tratamiento de imágenes 4 en una imagen precedente, como a partir de una estimación anterior hecha con la ayuda de medidas anteriores de los girómetros 6 y 7; y
-
de dichas distancias d1 y d2,
-
la unidad central 8 estima la posición Pe actual del objeto C, que no es sin embargo particularmente precisa debido a la precisión reducida de los girómetros 6 y 7.
A continuación, acciona la unidad de tratamiento de imágenes 4 para que este último centre la búsqueda del objeto C alrededor de esta posición estimada Pe, en la parte de imagen IO, de manera que afine la búsqueda.
Por consiguiente, gracias a la estimación anterior de la posición Pe del objeto C en la imagen I, se puede reducir el tamaño de la superficie de búsqueda IO en dicha imagen I, lo que permite aumentar la banda de tránsito de la unidad de tratamiento de imágenes 4.
Se observará que una reducción del número de píxeles a tratar en una relación superior a 20 es de este modo perfectamente factible.
Además, según la invención, se puede proseguir con el proceso de localización, incluso en presencia de imágenes inaprovechables, gracias a las estimaciones de posición sucesivas, hechas a partir de las mediciones realizadas por los girómetros 6 y 7.
Se observará que una imagen es considerada inaprovechable cuando la unidad 4 no está en condiciones de identificar el objeto C en esta imagen:
-
ya sea porque el objeto está enmascarado, por ejemplo por un obstáculo natural o artificial;
-
o bien porque el objeto ha salido de la imagen, por ejemplo debido a un movimiento intempestivo del medio de toma de vistas 3.
Evidentemente, en lugar de o como complemento de la reducción de la zona de búsqueda IO, se puede igualmente prever un medio de toma de vistas 3 que presente un campo visual reducido y forme las imágenes I más pequeñas que representen una parte
reducida del entorno alrededor del objeto.
Además, debido en particular al coste reducido de los girómetros 6 y 7, el dispositivo de localización 1 presenta un coste reducido.
Por otra parte, según la invención, dicha unidad central 8 utiliza las informaciones proporcionadas por la unidad de tratamiento de imágenes 4, referente a la posición del objeto C en imágenes I, para compensar una eventual desviación de los girómetros 6 y 7.
Evidentemente, en lugar de utilizar dos girómetros 6 y 7, es posible dentro del ámbito de la presente invención prever sólo un girómetro. Sin embargo, en este caso, se reduce la zona de búsqueda IO únicamente según uno de los dos ejes OX y OY, por ejemplo según el eje OY si el dispositivo 1 comporta únicamente el girómetro 7 que mide los ángulos de elevación.
Dentro del ámbito de la presente invención, el o los girómetros pueden evidentemente medir ángulos de cambio de orientación otros que los ángulos de elevación y de rumbo precitados.
Una aplicación preferida no representada del dispositivo de localización 1 conforme la invención se refiere a su integración en un dispositivo de guiado de un misil hacia un blanco, en particular un carro, siendo dicho dispositivo 1 utilizado entonces para localizar el blanco a alcanzar.
A título de ejemplo, dicho dispositivo de guiado puede comportar:
-
unos órganos de pilotaje que son accionados según las órdenes de pilotaje;
-
dicho dispositivo 1 de localización del blanco C;
-
una fuente de informaciones inerciales; y
-
una unidad central que determine, a partir de informaciones recibidas de dicho dispositivo de localización 1 por medio de una conexión 12 y de dicha fuente de informaciones inerciales, unas órdenes de pilotaje que son transmitidas a dichos órganos de pilotaje.
En este caso, se pueden utilizar ventajosamente unos girómetros 6 y 7 que presenten unos sesgados de clase 1º/s y un error de factor de escala de un porcentaje reducido.
Se observará que, gracias a la invención, se obtiene así una solución en particular simple y eficaz para remediar los enmascaramientos del blanco, por el humo del motor del misil que tiene que ser guiado.

Claims (5)

1. Dispositivo para localizar un objeto (C), comportando dicho dispositivo (1):
-
un detector óptico (2) que comprende:
\bullet
un medio de toma de vistas (3) que es susceptible de formar las imágenes de la escena que rodea dicho objeto (C); y
\bullet
una unidad de tratamiento de imágenes (4) que es susceptible de identificar el objeto (C) en las imágenes formadas por dicho medio de toma de vistas (3) y de localizar dicho objeto (C) a partir de su posición en dichas imágenes;
-
al menos un girómetro (6, 7) que es susceptible de medir un ángulo de cambio de orientación de dicho detector óptico (2); y
-
una unidad central (8),
caracterizado porque dicho girómetro (6, 7) está formado de manera que mida un ángulo de cambio de orientación según una dirección determinada que corresponde a uno de dos ejes (OX, OY) que definen un plano de referencia (OXY) del detector óptico (2), en el que están formadas dichas imágenes (I) y porque dicha unidad central (8) está formada de manera:
-
que convierta dicho ángulo de cambio de orientación medido por el girómetro (6, 7) en una distancia sobre dicho plano de referencia (OXY) según dicho eje que corresponde a dicha dirección determinada;
-
para utilizar esta distancia para estimar la posición (Pe) del objeto (C) en una imagen actual (I), a partir de su posición (C1) en una imagen precedente; y
-
para accionar dicha unidad de tratamiento de imágenes (4) de modo que busque el objeto (C), en una parte de imagen (IO) predeterminada que está definida alrededor de dicha posición estimada (Pe) del objeto (C).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque comporta dos girómetros (6, 7) susceptibles de medir los ángulos de cambio de orientación, respectivamente según dos direcciones diferentes.
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque dicho ángulo de cambio de orientación es el ángulo de elevación.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque dicho ángulo de cambio de orientación es el ángulo de rumbo.
5. Dispositivo de guiado de un aparato volador hacia un blanco, comprendiendo dicho dispositivo:
-
unos órganos de pilotaje que están accionados de conformidad con las órdenes de pilotaje;
-
un dispositivo de localización (1) del blanco (C);
-
una fuente de informaciones inerciales; y
-
una unidad central que determina, a partir de informaciones recibidas de dicho dispositivo de localización (1) y de dicha fuente de informaciones inerciales, unas órdenes de pilotaje que son transmitidas a dichos órganos de pilotaje,
caracterizado porque dicho dispositivo de localización (1) es tal como el dispositivo especificado bajo una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
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