Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СТРЕЛЬБЫ УПРАВЛЯЕМЫМ СНАРЯДОМ И СИСТЕМА НАВЕДЕНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО СНАРЯДА

Изобретение относится к способам стрельбы управляемыми снарядами и оптическим прицельным приспособлениям систем наведения самодвижущихся снарядов. Оно может быть использовано в системах управляемого оружия, в частности в системах наведения с телеориентацией снаряда в луче лазера.

В настоящее время известны различные способы стрельбы управляемыми снарядами с элементами оптической связи с наземной аппаратурой управления, например [1], выбранный нами в качестве прототипа. Способ предполагает операции запуска снаряда и управление им во время полета с наземной аппаратуры. Способ не обеспечивает надежной помехозащищенности оптической линии связи снаряда с наземной аппаратурой, т.к. информационная ось наземной аппаратуры управления совмещена с линией визирования цели.

Также широко известны системы наведения, использующие принцип телеориентации управляемого снаряда в лазерном луче [2-4], состоящие из снаряда, снабженного приемником лазерного излучения и прицела, состоящего из канала визирования цели и канала наведения, включающего в себя излучатель, модулятор и формирующую панкратическую (с переменным фокусным расстоянием) оптическую систему, обеспечивающую постоянство размера сечения луча наведения на текущей дальности управляемого снаряда, за счет чего достигается постоянство энергетического потенциала и точности канала наведения на всей траектории полета снаряда.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является система наведения управляемого снаряда [4], содержащая управляемый снаряд с системой запуска и формирователем признака типа снаряда и оптический прицел, включающий в себя канал визирования цели и канал наведения, содержащий источник лазерного излучения, модулятор и панкратическую оптическую систему со схемой управления, соединенной с системой запуска и формирователем признака типа снаряда. Такая система в отличие от первых трех позволяет использование ее в составе мобильного комплекса вооружения, стреляющего снарядами различных типов. Однако, опять же, как и для способа [1], из-за того, что информационная ось канала наведения совмещена с линией визирования цели, проблемой для системы [4] является ее низкая помехозащищенность.

Проблемы помехозащищенности, включающие в себя вопросы помехоустойчивости оптической линии связи и вопросы скрытности, решены в оптическом прицеле [5], т.к. его конструкция позволяет производить наведение снаряда на цель с отклонением его от линии визирования (превышением над линией визирования) на начальном участке траектории. Использование прицела [5] в системе наведения в составе мобильного комплекса вооружения помогло бы решить проблемы помехозащищенности, но для этого система наведения должна обеспечивать синхронное отклонение осей информационного луча и пусковых установок комплекса. Применение синхронно отклоняющихся пусковых в свою очередь требует выверки их положения с положением информационного луча. Отсутствие указанной выверки может приводить к потерям снарядов на начальном участке наведения при встреливании снаряда в зону управления.

Для определения дальности цели в прицеле [5] используется лазерный дальномер, показания которого являются исходными данными для формирования траектории наведения снаряда. При наличии такого прицела в составе самоходного комплекса имеет смысл использовать имеющийся в прицеле дальномер для установки углов возвышения орудий, стреляющих неуправляемыми снарядами. Кроме того, в некоторых комплексах для стрельбы управляемыми снарядами используется та же пушка, что и для стрельбы неуправляемыми. В этом случае необходимость выверки ствола особенно актуальна - при использовании информации о дальности до цели, поступающей с прицела системы наведения, для установки угла возвышения ствола. В таком случае требования к точности выверки возрастают.

В процессе эксплуатации комплекса указанные оси могут расходиться из-за износов механизмов системы наведения (приводов) прицела и пусковой установки (ПУ). Кроме всего прочего, ствол пушки (при использовании ее в качестве ПУ) в процессе эксплуатации подвержен деформациям. Поэтому необходимо производить точную выверку осей прицела и пушки в процессе эксплуатации комплекса с определенной периодичностью. При наличии такой выверки после каждой проведенной операции выверки вводятся поправки к сигналам управления положением оси ПУ (или пушки). Поправки могут определяться и вводиться вычислителем комплекса, что позволит автоматизировать процесс стрельбы.

Обобщая вышеизложенное: с целью повышения точности и надежности комплекса вооружения существует необходимость создания системы наведения управляемого снаряда, имеющей управляемую по направлению ПУ с автоматизированной системой выверки ПУ, позволяющей производить многократную (систематическую) выверку осей ПУ и прицела в процессе эксплуатации. Создание такой системы, а также способа стрельбы управляемым снарядом, включающего операцию систематической автоматизированной предпусковой выверки ПУ, что в конечном счете ведет к повышению эффективности комплекса в целом, и является задачей данного изобретения.

Поставленные задачи решаются за счет того, что при использовании способа стрельбы управляемым снарядом с оптической линией связи с наземной системой управления, включающего операции запуска снаряда и управление им во время полета с наземной аппаратуры, предварительно производят выверку оси пусковой установки (ПУ) с оптической осью прицела, причем выверку производят в два этапа. Первоначально производят выверку осей, фиксируют выверенное положение осей и считывают сигналы отклонения этих осей, запоминают сигналы отклонения осей в выверенном положении, в дальнейшем, в процессе эксплуатации системы управления, повторяют операцию выверки, причем при повторной выверке проверяют соответствие полученных сигналов отклонения осей соответствующим запомненным при первоначальной выверке сигналам и, в случае рассогласования указанных сигналов отклонения, при стрельбе в сигналы отклонения осей вводят поправки, зависящие от углов отклонения осей в первоначально выверенном положении и рассогласования, полученного при повторной выверке. Повторная выверка предпочтительно производится систематически с заданной периодичностью. После проведения повторной выверки замеряется дальность до цели и устанавливается направление оси ПУ в соответствии с функциональной зависимостью от измеренной дальности и с учетом поправок, введенных после повторной выверки. После всех проделанных операций производится выстрел.

При проведении операций выверки в качестве сигналов отклонения можно использовать электрические сигналы системы управления, поступающие непосредственно на приводы ПУ и приводы наведения линии визирования (ЛВ) оптического прицела. Для повышения точности наведения предпочтительнее использовать сигналы с датчиков положения ПУ и ЛВ. В простейшем случае оптическая ось (линия визирования) прицела может быть зафиксирована по положению и съюстирована с осью информационного луча. Тогда при выверке используются лишь приводы ПУ и, соответственно, сигналы положения оси ПУ.

При использовании системы наведения снаряда на цель с превышением над линией визирования на начальном участке траектории существуют ограничения по дальности на возможность введения превышения. Существует "мерная" зона, ограниченная сверку пороговым значением дальности, в пределах которой введение превышения недопустимо. Введение превышения в пределах "мертвой" зоны привело бы к гарантированному промаху, т.к. снаряд не успел бы вернуться на линию визирования и пролетел бы над целью. Размер "мертвой" зоны зависит от динамических характеристик снаряда. Чем больше скорость снаряда на начальном участке траектории, тем больше и "мертвая" зона. При стрельбе с превышением (при использовании в комплексе вооружения нескольких типов снарядов, отличающихся динамическими характеристиками) в простейшем случае функциональную зависимость направления оси ПУ от измеренной дальности задают в виде


где ϕ - угол отклонения оси ПУ от нулевого (начального) положения по вертикали;
ψ - угол отклонения оси ПУ от нулевого (начального) положения по горизонтали;
D_nпорог. - пороговое значение измеренной дальности, с которого начинается введение отклонения для n-го типа снаряда;
ϕ_n - значение угла отклонения оси ПУ от нулевого (начального) положения по вертикали для n-го типа снаряда;
ψ_n - значение угла отклонения оси ПУ от нулевого (начального) положения по горизонтали для n-го типа снаряда;
n=1, 2, 3... - количество типов используемых снарядов.

Для каждого конкретного типа снаряда при дальности, превышающей пороговую (D≥Dпорог. ), значения углов отклонения ПУ ϕ_n и ψ_n зависят от параметров поля управления этого снаряда и величины вводимого превышения. Чем больше размеры поля управления, тем проще снаряду в него попасть при выстреле и, следовательно, тем меньше могут быть углы отклонения ПУ. Например, для прицела, описанного в [5], для превышения над линией визирования, равного 3 м, при ширине поля управления 3 м достаточно поднять ПУ на 3^o (т.е. ϕ= 3^o). При ширине же поля управления 5 м (при сходных динамических характеристиках снарядов) угол ϕ может составлять 1-2^o. Величина превышения в свою очередь определяется оптическими помехами, создаваемыми продуктами горения пороха, образующимися при выстреле снаряда. Попросту: больше дыма - больше превышение.

В комплексах вооружения современных танков и БМП стрельба управляемыми снарядами чаще всего производится из штатного орудия (используемого для снарядов неуправляемых). В таком случае угол ϕ устанавливается приводом вертикального наведения орудия, а угол ψ - приводом горизонтального наведения орудийной башни.

Заявляемый способ реализуется с помощью системы наведения управляемого снаряда, содержащей входящие в состав пусковой установки систему запуска с формирователем признака типа снаряда и оптический прицел с каналами визирования цели и наведения. Система отличается тем, что в нее введены устройство оптической связи ПУ с прицелом, снабженное поворотным механизмом, и привод наведения ПУ с датчиком положения оси ПУ, подключенные к шине управления, в оптический прицел введены дальномерный канал и логическое устройство, подключенное к шине управления, к которой подключены также система запуска и введенный в систему процессор управления пуском.

Заявляемая система наведения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1, 2 и 3 приведены структурные схемы системы наведения, логического устройства оптического прицела и канала выверки процессора управления пуском соответственно.

Система наведения (фиг.1) содержит ПУ 1, включающую управляемый снаряд 2, систему запуска 3, содержащую формирователь признака снаряда по типу баллистических характеристик, привод наведения 4 с датчиком положения оси ПУ 5, устройство оптической связи с прицелом 6, снабженным механизмом поворота 7, и оптический прицел 8. Оптический прицел 8 включает в себя визирный канал, дальномерный канал 12, канал наведения снаряда 13 и логическое устройство 14. Канал наведения прицела выполнен по аналогии с каналом прицела [5] и содержит излучатель, модулятор, устройство введения превышения и панкратическую оптическую систему. Управление системой наведения осуществляет процессор управления пуском 9 через шину управления 10.

Стрельба осуществляется следующим образом. При подготовке к стрельбе производится первоначальная (установочная) выверка. Установочная выверка может производиться, например, при регламентных работах. Оптическая ось (ЛВ) прицела и ось ПУ устанавливаются в начальное положение. Начальное положение выбирается таким образом, чтобы установить оптическую связь между прицелом и ПУ. При этом за начальное положение одного из устройств (либо ПУ, либо прицела) может быть выбрано его нулевое (заарретированное) положение. В простейшем случае (при неподвижной ЛВ прицела) в начальное положение устанавливается только ПУ. Устройство оптической связи ПУ с прицелом может быть выполнено в виде излучателя и приемника, один из которых расположен на ПУ, а другой - на прицеле. В другом варианте исполнения устройства оптической связи ПУ с прицелом и излучатель, и приемник могут располагаться на ПУ, а прицел может быть снабжен отражателем. Для более точного установления оптической связи устройство 6 снабжено механизмом поворота 7, позволяющим точную подстройку и фиксацию его положения. После установления оптической связи между ПУ и прицелом устройство 6 жестко фиксируется на ПУ. После этого запоминается точное расположение изображения пятна излучателя в поле зрения приемника излучения и фиксируются сигналы датчиков положения ПУ. Эти сигналы по шине управления поступают в процессор управления пуском и запоминаются запоминающим устройством (ЗУ) процессора.

В дальнейшем, в процессе эксплуатации системы, операцию выверки повторяют систематически. При каждой повторной выверке с помощью привода ПУ добиваются точного попадания пятна излучателя в ту же область поля зрения приемника, что и при установочной выверке. Далее проверяются показания датчиков положения оси ПУ 5 на соответствие сигналам, полученным при установочной выверке. Если показания датчиков отличаются от установочных, то процессор управления пуском при стрельбе вводит поправки в сигналы отклонения оси ПУ. Зависимость поправок от углов отклонения оси ПУ и сигналов рассогласования вводятся в ЗУ процессора управления пуском при установочной выверке.

При установке снаряда на ПУ формирователь признака типа снаряда вырабатывает кодовый сигнал, соответствующий типу установленного снаряда, который поступает по шине управления на вход процессора управления пуском. По поступлению этого сигнала процессор управления пуском вырабатывает соответствующий сигнал, поступающий по шине управления на вход оптического прицела.

Оператор наводит прицел на выбранную цель через визирный канал, оптическая ось (ЛВ) которого съюстирована с оптическими осями дальномерного канала и канала наведения. После наведения на цель оператор измеряет дальность до нее с помощью дальномерного канала, команда на замер дальности поступает по шине управления с процессора управления пуском. Измеренное значение дальности по шине управления поступает в процессор управления пуском. Процессор управления пуском анализирует этот код и код формирователя признака снаряда по типу баллистических характеристик системы запуска 3, вырабатывает сигнал на установку нужного направления оси ПУ. При выработке указанного сигнала процессор управления пуском учитывает поправки, полученные при выверке. Сигнал на установку направления оси ПУ отрабатывается приводом ПУ. Установку направления ПУ процессор управления пуском контролирует, анализируя сигналы датчика положения оси ПУ.

Измеренное значение дальности анализируется прицелом одновременно с сигналом, соответствующим типу установленного снаряда. На основе анализа выбирается соответствующая программа введения-снятия превышения и программа изменения фокусного расстояния панкратического объектива.

Для запуска снаряда процессор управления пуском по команде с пульта управления вырабатывает сигнал ПУСК, который по шине управления поступает на вход оптического прицела. После получения сигнала ПУСК в оптическом прицеле запускается модулятор, а после раскрутки модулятора включается излучение. При необходимости заранее вводится превышение. По готовности прицела к выстрелу он вырабатывает сигнал СХОД, который служит командой к началу движения панкратики прицела. Кроме того, сигнал СХОД поступает по шине управления на входы процессора управления пуском и системы запуска 3. По сигналу СХОД система запуска 3 производит выстрел снаряда.

Оптический прицел снабжен логическим устройством, которое представляет собой в общем виде контроллер, содержащий устройство отсчета времени. Контроллер может быть выполнен на однокристальной микроЭВМ 1830ВЕ51, реализующей, например, структурную схему, приведенную на фиг.2. По завершении цикла наведения снаряда, т.е. по окончании отработки выбранных программ устройством введения превышения и панкратической системой, логическое устройство вырабатывает команду ВОЗВРАТ, по которой происходит прекращение излучения, остановка модулятора и возвращение механизма превышения и панкратической системы в исходные состояния. Тем самым система приводится в состояние готовности к следующему пуску. Команда ВОЗВРАТ может подаваться на прицел извне, что бывает необходимо для его экстренного приведения в состояние готовности к следующему пуску.

Предпочтительной реализацией (при использовании системы наведения в составе мобильного комплекса) приводов ПУ является гиростабилизированная платформа, к которой жестко крепятся все элементы конструкции ПУ. Прицел также может быть выполнен на гиростабилизированной платформе. Исполнительными элементами приводов платформы являются электродвигатели. В качестве датчиков положения ПУ (и ЛВ) могут использоваться вращающиеся трансформаторы, применяемые в контурах стабилизации и наведения осей платформы.

Формирователь признака (кода) типа снаряда в простейшем случае представляет собой определенный для каждого типа набор перемычек между контактами в разъеме стыковки снаряда с ПУ.

Процессор пуска может быть выполнен, по аналогии с логическим устройством прицела, на однокристальной микроЭВМ. Процессор должен быть снабжен пультом управления, с которого на него подаются команды ПУСК, УСТАНОВКА (установочная выверка), ВЫВЕРКА (повторная), ЗАМЕР ДАЛЬНОСТИ, ВОЗВРАТ, а также сигналы наведения ПУ и ЛВ. Пульт управления может быть выполнен в виде набора электрических кнопок, тумблеров, реле и потенциометров. В качестве пульта может быть использован и доработанный штатный пульт управления вооружением комплекса. Пример структурной реализации схемы канала выверки по одной из координат (в данном случае - ϕ) процессора пуска представлен на фиг. 3. Приведенная схема подразумевает проведение выверки при заарретированном положении прицела (ЛВ).

Описанные выше способ и устройство позволяют производить наведение различных типов снарядов, использующих превышение над линией визирования в начальной фазе полета, позволяют повысить точность и надежность комплекса вооружения посредством проведения систематической автоматизированной выверки ПУ с оптической осью прицела и позволяют, таким образом, решить задачи предлагаемого изобретения.

Источники информации:
1. Заявка РФ 97103054/02, МКИ 6 F 42 В 15/00, 28.02.97 - прототип способа.

2. Патент США 5427328, НКИ 244 - 3.13, 12.02.85.

3. Патент ФРГ 4137843, МКИ F 41 G 1/38, 19.05.93.

4. Патент РФ 2126522, МКИ 6 F 41 G 7/26, 20.02.99 - прототип системы.

5. Патент РФ 2126946, МКИ 6 F 41 G 7/26, 25.11.97.