ВИЗИРНО-ДАЛЬНОМЕРНОЕ УСТРОЙСТВО РУЧНОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ ЦЕЛЕЙ, СОПРЯГАЕМОЕ С ПРИБОРОМ УПРАВЛЕНИЯ СТРЕЛЬБОЙ КОРАБЕЛЬНОЙ АРТИЛЛЕРИЙСКОЙ УСТАНОВКИ И СПОСОБ УТОЧНЕНИЯ ТЕКУЩИХ КООРДИНАТ СОПРОВОЖДАЕМОЙ В РУЧНОМ РЕЖИМЕ ЦЕЛИ

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…t_K… 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 D_Ц(t_K) до цели лазерным дальномером ЛБД), отсчеты датчиков положения ВК по углу места ε_ВК(t_K) и курсовому углу q_ВК(t_K) с точностью до ширины узконаправленного луча лазерного дальномера соответствуют истинным значениям угла места ε_Ц(t_K) и курсового угла q_Ц(t_K) цели, т.е.

ε_ВК(t_K)=ε_Ц(t_K) q_ВК(t_K)=q_Ц(t_K).

Учитывая, что значения ε_Ц(t_K), q_Ц(t_K) и D_Ц(t_K) измеряются нерегулярно (в случайные моменты времени t_K) 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 ε_ВК(t);

3 - датчик положения ВК по курсовому углу q_ВК(t);

4 - кнопка синхронизации (подачи команды на излучение лазерного дальномера ЛБД);

5 - блок перевода отсчетов датчиков ВК по УМ и КУ (нестабилизированных координат ε_ВК(t), q_ВК(t)) в стабилизированные координаты

6 - селектор формирования дискретных значений стабилизированных сферических координат цели ε_Ц(t_K), β_Ц(t_K) из непрерывных значений координат датчиков визирной колонки;

7 - преобразователь дискретных значений стабилизированных сферических координат ε_Ц(t_K), β_Ц(t_K) и D_Ц(t_K) цели в дискретные значения декартовых координат х(t_K), y(t_K), h(t_K) 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 Δt между последним t_k и предыдущим t_k-1 моментами измерения дальности D(t);

9 - экстраполятор, обеспечивающий запоминание и преобразование дискретных значений декартовых координат х(t_K), y(t_K), 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 ε_ВК(t) и q_ВК(t) поступают на соответствующие входы блока 5 перевода отсчетов датчиков ВК по УМ и КУ (нестабилизированных координат ε_ВК(t), q_ВК(t)) в стабилизированные координаты На другие три входа указанного блока 5 поступают значения бортовой θ(t), килевой ψ(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 ε_ВК(t), q_ВК(t) в стабилизированные

где ε_ВК - угол места ВК в сферической нестабилизированной системе координат;

q_ВК - 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;

θ - угол бортовой качки;

ψ - угол килевой качки;

θ_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 ε_Ц(t_K), β_Ц(t_K).

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 D_Ц(t_K). 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 ε_Ц(t_K), β_Ц(t_K), поступающие далее на соответствующие входы преобразователя 7 дискретных значений стабилизированных сферических координат ε_Ц(t_K), β_Ц(t_K) и D_Ц(t_K) цели в дискретные значения декартовых координат х(t_K), y(t_K), h(t_K) в стабилизированной прямоугольной системе координат. При этом с выхода лазерного бинокля-дальномера 1 на третий вход преобразователя 7 приходит измеренное дискретное значение наклонной дальности D_Ц(t_K) до цели.

В преобразователе 7 с использованием приведенных ниже формульных зависимостей производится перевод дискретных значений стабилизированных сферических координат D_Ц(t_K) в дискретные декартовы координаты х_Ц(t_K), y_Ц(t_K) и h_ц(t_K) в стабилизированной прямоугольной системе координат.

d_Ц(t_K)=D_Ц(t_K)·cosε_Ц(t_K)

x_Ц(t_K)=d_Ц(t_K)·sinβ_Ц(t_K)

y_Ц(t_K)=d_Ц(t_K)·cosβ_Ц(t_K)

h_Ц(t_K)=D_Ц(t_K)·sinε_Ц(t_K),

где d_Ц(t_K) - 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 Δt_K между последним t_K и предыдущим t_K-1, моментами измерения дальности до цели.

В экстраполяторе 9 на основе поступивших на его входы и запомненных сигналов x_Ц(t_K), y_Ц(t_K), h_Ц(t_K) и Δt_K по приведенным ниже формульным зависимостям производятся вычисление составляющих скорости цели V_X, V_Y, V_H и выработка непрерывных (экстраполированных) координат цели х_Ц(t), y_Ц(t), h_Ц(t), поступающих далее на соответствующие входы прибора управления стрельбой ПУС, вырабатывающего полные углы наведения АУ по вертикали (ПУВН) и горизонту (ПУГН)

x(t)=x(t_K)+ ν_X·(t-t_K)

y(t)=y(t_K)+ν_Y·(t-t_K)

h(t)=h(t_K)+ν_H·(t-t_K)

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».