визирно-дальномерное устройство ручного сопровождения целей, сопрягаемое с прибором управления стрельбой корабельной артиллерийской установки и способ уточнения текущих координат сопровождаемой в ручном режиме цели
Классы МПК: | F41G5/00 Системы управления вертикальной или горизонтальной наводкой орудий |
Автор(ы): | Чистов Владимир Дмитриевич (RU), Мещеряков Андрей Михайлович (RU), Эстрин Александр Борисович (RU), Самулевич Всеволод Всеволодович (RU), Гладких Юрий Николаевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро "Аметист" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-04-05 публикация патента:
10.08.2011 |
Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для применения на кораблях в качестве резервного средства сопровождения целей в составе радиолокационной или оптико-электронной системы управления стрельбой. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данного результата визирно-дальномерное устройство (ВДУ) ручного сопровождения целей содержит визирную колонку (ВК), состоящую из вращающейся части с установленным на ней датчиком положения ВК по курсовому углу (КУ) и качающейся части с установленными на ней лазерным биноклем-дальномером (ЛБД) и датчиком положения ВК по углу места (УМ). При этом на качающейся части ВК установлен элемент синхронизации ЛБД. В состав ВДУ введены электронный хронометр, блок перевода отсчетов датчиков положения ВК по УМ и КУ в стабилизированную сферическую систему координат и элементы, обеспечивающие запоминание и экстраполяцию позиций цели. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Формула изобретения
1. Визирно-дальномерное устройство (ВДУ) ручного сопровождения цели, сопрягаемое с прибором управления стрельбой корабельной артиллерийской установки (ПУС АУ), содержащее визирную колонку (ВК), состоящую из вращающейся части с установленным на ней датчиком положения ВК по курсовому углу (КУ) и качающейся части с установленными на ней лазерным биноклем-дальномером (ЛБД) и датчиком положения ВК по углу места (УМ), отличающееся тем, что на качающейся части ВК установлена кнопка синхронизации (подачи команды на излучение лазера ЛБД), а в состав ВДУ введены электронный хронометр, фиксирующий моменты излучения лазерного дальномера ЛБД и измеряющий интервалы времени между последним и предыдущим моментом измерения дальности, и последовательно соединенные блок перевода отсчетов датчиков положения ВК по УМ и КУ в стабилизированную сферическую систему координат, селектор формирования дискретных значений стабилизированных координат УМ и КУ цели в моменты измерения дальности D до цели, преобразователь дискретных значений стабилизированных сферических координат D, УМ и КУ цели в прямоугольную стабилизированную систему координат и экстраполятор, обеспечивающий запоминание и экстраполяцию дискретных декартовых координат цели для использования их в ПУС АУ, при этом ЛБД соединен по входу с кнопкой синхронизации (подачи команды на излучение лазера ЛБД), а по выходу - с входом преобразователя дискретных значений стабилизированных сферических координат D, УМ и КУ цели в прямоугольную стабилизированную систему координат, другие два входа преобразователя соединены с выходами селектора формирования дискретных значений УМ и КУ в моменты измерения дальности до цели, два сигнальных входа которого соединены с выходами блока перевода отсчетов датчиков положения ВК по УМ и КУ в стабилизированную сферическую систему координат, а хронирующий вход селектора соединен с кнопкой синхронизации (подачи команды на излучение лазера ЛБД), соединенной также с входом электронного хронометра, блок перевода отсчетов датчиков положения ВК по УМ и КУ в стабилизированную сферическую систему координат соединен по входам с соответствующими датчиками ВК, а по входам сигналов бортовой, килевой качки и курса корабля с корабельной системой гиростабилизации (СГС), выходы преобразователя дискретных значений стабилизированных сферических координат D, УМ и КУ цели в прямоугольную стабилизированную систему координат X, Y, Н соединены с соответствующими тремя входами экстраполятора, хронирующий вход которого соединен с выходом электронного хронометра, а три выхода по сигналам экстраполированных декартовых координат цели - с входами прибора управления стрельбой ПУС АУ.
2. Способ уточнения текущих координат сопровождаемой в ручном режиме цели, заключающийся в том, что в процессе ручного сопровождения цели, в моменты точного совмещения линии визирования визирной колонки с целью измеряют дальность до цели и фиксируют соответствующий момент времени с помощью электронного хронометра; определяют мгновенные (дискретные) значения угла места и курсового угла цели в моменты измерения дальности; преобразовывают дискретные значения сферических координат цели в декартовы координаты цели в прямоугольной стабилизированной системе координат и запоминают их до следующего момента измерений; определяют интервал времени между последним и предыдущим моментами точного совмещения линии визирования ВК с целью; на основе изменения дискретных значений декартовых координат цели за интервал времени между двумя последовательными измерениями определяют составляющие скорости цели в прямоугольной стабилизированной системе координат; экстраполируют дискретные значения декартовых координат цели, соответствующие последнему моменту измерения; подают экстраполированные значения декартовых координат цели на соответствующие входы прибора управления стрельбой для использования их в качестве текущих координат сопровождаемой цели.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области корабельной артиллерии и предназначено для использования на кораблях совместно с автоматическим прибором управления стрельбой артиллерийской установки.
Для управления стрельбой корабельных артиллерийских установок (АУ) до настоящего времени широко используются палубные визирные колонки (ВК) с механическим кольцевым прицелом, обеспечивающие дистанционное наведение АУ на сопровождаемую цель путем синхронного отслеживания приводами вертикального и горизонтального наведения АУ датчиков положения ВК по углу места и курсовому углу соответственно.
На оператора-наводчика ВК с кольцевым прицелом помимо задач визуального поиска, выбора и идентификации цели возложены функции:
- глазомерного определения дальности, курса и скорости сопровождаемой цели;
- выбор ракурсного кольца и точки визирования цели, определяющих углы упреждения АУ;
- удержания точки визирования цели на выбранном ракурсном кольце в условиях качки корабля.
С учетом указанных функций результативность стрельбы АУ при управлении от ВК существенно зависит от внешних условий и подготовки оператора.
В целях снижения влияния глазомерных операций на точность стрельбы от визирной колонки разработано «Прицельное устройство для управления огнем корабельной малокалиберной артустановки» (RU 2368859 C1), включающее палубную ВК, с установленным на ней лазерным биноклем-дальномером (ЛБД), и автоматический построитель углов упреждения АУ в процессе ручного сопровождения цели.
Однако, несмотря на инструментальное измерение дальности и автоматизацию выработки углов упреждения АУ, в указанном прицельном устройстве сохранилась зависимость точности наведения артиллерийской установки от качества ручного сопровождения цели, обусловленная синхронной связью АУ с визирной колонкой. Учитывая, что ошибки ручного сопровождения цели оператором-наводчиком возрастают в условиях качки корабля, успешное применение прицельного устройства продолжает существенно зависеть от человеческого фактора.
Устранение данного недостатка возможно только путем отказа от синхронной связи АУ с прицельным устройством с включением в контур наведения артиллерийской установки прибора управления стрельбой (ПУС) типа ПУС, используемых в корабельных радиолокационных и оптико-электронных системах автоматического управления АУ для выработки полных углов наведения по вертикали (ПУВН) и горизонту (ПУГН) артиллерийской установки с учетом качки и рыскания корабля.
Техническим результатом является устранение влияния на точность артиллерийской стрельбы ошибок ручного сопровождения цели, обусловленных физическими возможностями оператора-наводчика прицельного устройства, в особенности в реальных условиях качки и рыскания корабля, обеспечение выработки текущих координат сопровождаемой в ручном режиме цели в формате и с точностями, свойственными радиолокационным и оптико-электронным системам автоматического слежения, сопрягаемым с прибором управления стрельбой артиллерийской установки (ПУС АУ), за счет использования в визирно-дальномерном устройстве (ВДУ) предлагаемого способа уточнения текущих координат цели, сопровождаемой в ручном режиме.
Для достижения указанного результата предлагаемое визирно-дальномерное устройство содержит визирную колонку (ВК), состоящую из вращающейся части с установленным на ней датчиком положения ВК по курсовому углу (КУ) и качающейся части с установленными на ней лазерным биноклем-дальномером (ЛБД) и датчиком положения ВК по углу места (УМ). От известных в настоящее время устройств ВДУ отличается тем, что на качающейся части ВК установлена кнопка синхронизации (подачи команды на излучение лазера ЛБД), а в состав ВДУ введены электронный хронометр, фиксирующий моменты излучения лазерного дальномера ЛБД и измеряющий интервалы времени между последним и предыдущим моментом измерения дальности, и последовательно соединенные блок перевода отсчетов датчиков положения ВК по УМ и КУ в стабилизированную сферическую систему координат, селектор формирования дискретных значений стабилизированных координат УМ и КУ цели в моменты измерения дальности D до цели, преобразователь дискретных значений стабилизированных сферических координат D, УМ и КУ цели в прямоугольную стабилизированную систему координат и экстраполятор, обеспечивающий запоминание и экстраполяцию дискретных декартовых координат цели для использования их в ПУС АУ. При этом ЛБД соединен по входу с кнопкой синхронизации (подачи команды на излучение лазера ЛБД), а по выходу - с входом преобразователя дискретных значений стабилизированных сферических координат D, УМ и КУ цели в прямоугольную стабилизированную систему координат. Другие два входа преобразователя соединены с выходами селектора формирования дискретных значений УМ и КУ в моменты измерения дальности до цели, два сигнальных входа которого соединены с выходами блока перевода отсчетов датчиков положения ВК по УМ и КУ в стабилизированную сферическую систему координат, а хронирующий вход селектора соединен с кнопкой синхронизации (подачи команды на излучение лазера ЛБД), соединенной также с входом электронного хронометра. Блок перевода отсчетов датчиков положения ВК по УМ и КУ в стабилизированную сферическую систему координат соединен по входам с соответствующими датчиками ВК, а по входам сигналов бортовой, килевой качки и курса корабля - с корабельной системой гиростабилизации (СГС). Выходы преобразователя дискретных значений стабилизированных сферических координат D, УМ и КУ цели в прямоугольную стабилизированную систему координат X, Y, Н соединены с соответствующими тремя входами экстраполятора, хронирующий вход которого соединен с выходом электронного хронометра, а три выхода по сигналам экстраполированных декартовых координат цели - с входами прибора управления стрельбой ПУС АУ.
Реализованный в ВДУ способ уточнения текущих координат сопровождаемой в ручном режиме цели заключается в том, что в процессе ручного сопровождения цели в моменты точного совмещения линии визирования ВК с целью:
- измеряют дальность до цели и фиксируют соответствующий момент времени с помощью электронного хронометра;
- определяют мгновенные (дискретные) значения угла места и курсового угла цели в моменты измерения дальности;
- преобразовывают дискретные значения сферических координат цели в декартовы координаты цели в прямоугольной стабилизированной системе координат и запоминают их до следующего момента измерений;
- определяют интервал времени между последним и предыдущим моментами точного совмещения линии визирования ВК с целью;
- на основе изменения дискретных значений декартовых координат цели за интервал времени между двумя последовательными измерениями определяют составляющие скорости цели в прямоугольной стабилизированной системе координат;
- экстраполируют дискретные значения декартовых координат цели, соответствующие последнему моменту измерения;
- подают экстраполированные значения декартовых координат цели на соответствующие входы прибора управления стрельбой для использования их в качестве текущих координат сопровождаемой цели.
Как указано выше, практическое использование предлагаемого ВДУ связано с включением в контур наведения АУ прибора управления стрельбой типа ПУС, применяемого в корабельных радиолокационных и оптико-электронных системах автоматического управления артиллерийскими установками для выработки полных углов наведения (ПУВН, ПУГН) с учетом качки и рыскания корабля.
Примечание. Используемые в корабельных артсистемах ПУС представляют собой счетно-решающий прибор (вычислитель), обеспечивающий выработку полных углов наведения ПУВН, ПУГН артиллерийской установки на основе информации о текущих координатах цели, положении и параметрах движения корабля-носителя, размещении палубного поста и артиллерийской установки на корабле, метеобаллистических факторах, действующих во время стрельбы и др. В обеспечение своего функционирования ПУС использует уравнения внешней баллистики применяемых в АУ боеприпасов и сопрягается на корабле с радиолокационным или оптико-электронным средством автоматического сопровождения цели, корабельной системой гиростабилизации (СГС), корабельным ЛАГом, метеостанцией и другими обеспечивающими средствами.
Для снижения влияния человеческого фактора и обеспечения эффективного использования ПУС в составе контура наведения АУ на сопровождаемую в ручном режиме цель в ВДУ необходимо обеспечить независящую от ошибок ручного сопровождения выработку текущих координат сопровождаемой цели в требуемом для ПУС формате и с точностями, сопоставимыми с радиолокационной или оптико-электронной системой автоматического слежения.
Предлагаемое ВДУ включает в свой состав палубную визирную колонку с лазерным биноклем-дальномером, обслуживаемую оператором-наводчиком, и аппаратуру, обеспечивающую выработку и выдачу в ПУС достоверных текущих координат сопровождаемой цели в стабилизированной прямоугольной системе координат независимо от наличия ошибок ручного сопровождения.
В основу создания ВДУ положен тот факт, что в процессе ручного сопровождения цели со свойственными данному режиму ошибками, тем не менее, в эпизодические моменты времени t1, t2 tK цели, когда оператору-наводчику удается достаточно точно совместить изображение наблюдаемой цели с перекрестием в поле зрения лазерного бинокля-дальномера (т.е. в моменты, обеспечивающие возможность измерения дальности DЦ(tK) до цели лазерным дальномером ЛБД), отсчеты датчиков положения ВК по углу места ВК(tK) и курсовому углу qВК (tK) с точностью до ширины узконаправленного луча лазерного дальномера соответствуют истинным значениям угла места Ц(tK) и курсового угла qЦ (tK) цели, т.е.
ВК(tK)= Ц(tK) qВК(tK )=qЦ(tK).
Учитывая, что значения Ц(tK), qЦ(tK ) и DЦ(tK) измеряются нерегулярно (в случайные моменты времени tK) и в нестабилизированной (палубной) сферической системе координат, задача сопряжения ВДУ с ПУС сводится к преобразованию этих дискретных (точных) значений координат цели в непрерывные стабилизированные декартовы координаты цели, используемые в ПУС для выработки ПУВН, ПУГН артиллерийской установки.
На чертеже представлена структурная схема построения и взаимодействия ВДУ с прибором управления стрельбой АУ, где обозначено:
1 - лазерный бинокль-дальномер (ЛБД) на качающейся части ВК;
2 - датчик положения ВК по углу места ВК(t);
3 - датчик положения ВК по курсовому углу qВК(t);
4 - кнопка синхронизации (подачи команды на излучение лазерного дальномера ЛБД);
5 - блок перевода отсчетов датчиков ВК по УМ и КУ (нестабилизированных координат ВК(t), qВК(t)) в стабилизированные координаты
6 - селектор формирования дискретных значений стабилизированных сферических координат цели Ц(tK), Ц(tK) из непрерывных значений координат датчиков визирной колонки;
7 - преобразователь дискретных значений стабилизированных сферических координат Ц(tK), Ц(tK) и DЦ(tK ) цели в дискретные значения декартовых координат х(tK ), y(tK), h(tK) в стабилизированной прямоугольной системе координат (ось Х соответствует направлению на север, Y - направлению на восток, а Н - в зенит);
8 - электронный хронометр, фиксирующий моменты времени излучения лазерного дальномера ЛБД и измеряющий интервал времени t между последним tk и предыдущим tk-1 моментами измерения дальности D(t);
9 - экстраполятор, обеспечивающий запоминание и преобразование дискретных значений декартовых координат х(tK), y(tK), h(t K) сопровождаемой цели в непрерывные координаты х(t), y(t), h(t) для использования в ПУС АУ;
ПУС АУ - прибор управления стрельбой артустановки;
СГС - корабельная система гиростабилизации;
АУ - артиллерийская установка с приводами вертикального и горизонтального наведения.
Функционирование ВДУ, реализующего способ определения текущих координат сопровождаемой в ручном режиме цели, осуществляется следующим образом.
Оператор-наводчик ВК после обнаружения и идентификации цели, пользуясь биноклем ЛБД 1, сопровождает выбранную цель по углам, пытаясь совместить ее изображение с перекрестием в поле зрения бинокля. При этом с датчиков угла места и курсового угла ВК текущие координаты ВК(t) и qВК(t) поступают на соответствующие входы блока 5 перевода отсчетов датчиков ВК по УМ и КУ (нестабилизированных координат ВК(t), qВК(t)) в стабилизированные координаты На другие три входа указанного блока 5 поступают значения бортовой (t), килевой (t) качек и курса своего Qc(t) корабля соответственно.
Блок 5 с использованием приведенных ниже известных зависимостей (Л.Н.Преснухин, Л.А.Соломонов, В.Н.Четвериков, В.Ф.Шаньгин. «Основы теории и проектирования вычислительных приборов и машин управления», «Высшая школа», М., 1970) переводит нестабилизированные сферические координаты ВК(t), qВК(t) в стабилизированные
где ВК - угол места ВК в сферической нестабилизированной системе координат;
qВК - курсовой угол ВК в сферической нестабилизированной системе координат;
- угол места ВК в сферической стабилизированной системе координат;
- курсовой угол ВК в сферической стабилизированной системе координат;
- азимут ВК в сферической стабилизированной системе координат;
- угол бортовой качки;
- угол килевой качки;
С - курс свой корабля.
Стабилизированные сферические координаты и с выходов блока 5 поступают на входы временного селектора 6 формирования дискретных значений стабилизированных сферических координат цели Ц(tK), Ц(tK).
Осуществляя ручное сопровождение цели по углам, оператор-наводчик ВК в моменты совпадения изображения цели с перекрестием в поле зрения бинокля ЛБД 1 кратковременно нажимает кнопку 4 синхронизации (подачи команды на излучение лазерного дальномера ЛБД). При нажатии кнопки 4 лазерный дальномер ЛБД производит разовое измерение текущей наклонной дальности DЦ(tK). Одновременно импульсная команда на излучение лазерного дальномера с кнопки 4 поступает на входы селектора 6 и на запуск электронного хронометра 8. При поступлении импульсной команды с кнопки 4 на вход селектора 6 последний вырезает из поступивших на его входы непрерывных стабилизированных координат и дискретные значения координат цели Ц(tK), Ц(tK), поступающие далее на соответствующие входы преобразователя 7 дискретных значений стабилизированных сферических координат Ц(tK), Ц(tK) и DЦ(tK ) цели в дискретные значения декартовых координат х(tK ), y(tK), h(tK) в стабилизированной прямоугольной системе координат. При этом с выхода лазерного бинокля-дальномера 1 на третий вход преобразователя 7 приходит измеренное дискретное значение наклонной дальности DЦ(tK) до цели.
В преобразователе 7 с использованием приведенных ниже формульных зависимостей производится перевод дискретных значений стабилизированных сферических координат DЦ(tK) в дискретные декартовы координаты хЦ(tK), yЦ(tK) и hц(tK) в стабилизированной прямоугольной системе координат.
dЦ(tK )=DЦ(tK)·cos Ц(tK)
xЦ (tK)=dЦ(tK)·sin Ц(tK)
yЦ (tK)=dЦ(tK)·cos Ц(tK)
hЦ (tK)=DЦ(tK)·sin Ц(tK),
где dЦ (tK) - дальность цели горизонтальная.
Полученные дискретные декартовы координаты цели с выхода преобразователя 7 поступают на соответствующие входы экстраполятора 9, на четвертый вход которого поступает значение интервала времени tK между последним tK и предыдущим tK-1, моментами измерения дальности до цели.
В экстраполяторе 9 на основе поступивших на его входы и запомненных сигналов xЦ(tK), yЦ(tK ), hЦ(tK) и tK по приведенным ниже формульным зависимостям производятся вычисление составляющих скорости цели VX , VY, VH и выработка непрерывных (экстраполированных) координат цели хЦ(t), yЦ(t), hЦ (t), поступающих далее на соответствующие входы прибора управления стрельбой ПУС, вырабатывающего полные углы наведения АУ по вертикали (ПУВН) и горизонту (ПУГН)
x(t)=x(tK)+ X·(t-tK)
y(t)=y(t K)+ Y·(t-tK)
h(t)=h(t K)+ H·(t-tK)
Как следует из приведенного описания визирно-дальномерного устройства, сопряженного с ПУС, точность поступающих в ПУС текущих координат сопровождаемой ВК цели и, соответственно, точность выработки в ПУС полных углов наведения АУ не зависят от ошибок ручного сопровождения цели оператором-наводчиком ВК в интервалах между моментами излучения лазерного дальномера. Необходимым условием функционирования данной ВДУ является только обеспечение оператором-наводчиком ВК в процессе сопровождения цели двух или более моментов совмещения изображения цели с перекрестием в поле зрения бинокля ЛБД для дискретных измерений дальности и истинных угловых координат подлежащей обстрелу цели.
Литература
1. RU 2368859 C1, F41G 5/20, ОАО «КБ «Аметист», 14.02.2008, «Прицельное устройство для управления огнем корабельной малокалиберной артустановки».
2. Л.Н.Преснухин, Л.А.Соломонов, В.Н.Четвериков, В.Ф.Шаньгин. «Основы теории и проектирования вычислительных приборов и машин управления», изд. «Высшая школа», М., 1970.
3. RU 2192034 C1, G05D 3/12, ГУП «КБ приборостроения», 27.10.2002. «Система сопровождения».
Класс F41G5/00 Системы управления вертикальной или горизонтальной наводкой орудий