Информационно-управляющая система

Информационно-управляющая система

Реферат

Изобретение относится к информационно-управляющим системам, а более конкретно к боевым информационно-управляющим системам (БИУС) различных объектов военного назначения, представляющим собой комплекс электронно-вычислительной аппаратуры и других технических средств на объектах военного назначения, предназначенных для автоматизированной выработки рекомендаций по управлению оружием и маневром в целях наиболее эффективного использования боевых и технических возможностей рассматриваемых объектов. Основные задачи, решаемые БИУС: сбор, обработка и отображение поступающей от различных источников информации; определение эффективности и выработка оптимальных вариантов применения различных видов оружия; целераспределение огневых и технических средств; автоматизированная передача данных; контроль реализации команд, информации и др.

Основные элементы БИУС: вычислительные устройства, пульты управления со средствами отображения информации, устройства сопряжения с источниками информации и комплексами управления оружием и техническими средствами, автоматизированные рабочие места и др. (см., например, «Военный энциклопедический словарь». М.: «Воениздат», 2007. - С.86).

Для решения задач поражения целей, рационального маневрирования, выбора оптимальных тактических приемов и др. необходимо прежде всего получение информации о внешней обстановке, характеристиках местности, особенностях рельефа, расположении целей и препятствий и др. В настоящее время эта задача решается путем придания приборам наблюдения и разведки, прицелам и вооружению такого положения, которое обеспечило бы выполнение соответствующих задач с наибольшей эффективностью. Например, совмещение траектории снаряда (ракеты) с целью в момент достижения им (ею) цели обеспечивается различными устройствами, одной из основных функций которых является визирование цели. От эффективности визирования (прежде всего, точности визирования) зависит и эффективность вооружения, а вместе с тем и эффективность стрельбы в целом. От точности визирования и состояния приборов наблюдения зависит точность измерения дальности, достоверность определения координат местных предметов, препятствий, навигационных характеристик и др.

Известна, например, информационно-управляющая система, входящая в состав комплекса вооружения танков Т-55 и Т-62 (см., например, Руководство по материальной части и эксплуатации танка Т-62. М.: Воениздат, 1968, с.195-210). Она содержит пульт управления оператора и оптически сопряженные блок формирования визирного индекса и оптическую формирующую систему. В этом комплексе при стрельбе в обычных условиях с места по неподвижной цели визирование осуществляется путем совмещения точки визирования на цели с визирным индексом (прицельной маркой), а изменения условий стрельбы учитываются перемещением визирного индекса (прицельной марки) на определенную угловую величину до выстрела. При этом возникает угловое рассогласование между линией визирования и вооружением (осью ствола). Это обеспечивает однообразие прицеливания (совмещения визирного индекса с целью). Но вместе с этим возникает недостаток: линия визирования отклоняется от оптической оси поля зрения визирного устройства, что сопровождается ухудшением видимости, снижением разрешающей способности оптической системы и быстрым нарастанием зрительной усталости наводчиков-операторов. Кроме того, при стрельбе в условиях, отличных от обычных (стрельба с ходу, по движущейся цели, стрельба при сильном боковом ветре и т.д.), приходится вводить поправку в положение линии визирования относительно цели, что вызывает смещение визирного индекса относительно цели.

В этом случае однообразие визирования нарушается, снижается его точность, ухудшается состояние операторов, а вместе с тем резко падает и эффективность стрельбы.

Известна информационно-управляющая система комплекса вооружения танка Т-72 (см., например, Вооружение танка Т-72. Под ред. В.М. Шишковского, М.: ВАБТВ, 1979, с.74-91; Котовский В.И. и др. Курс вооружения танков. М.: ВАБТВ, 1957, с.311-358). Она содержит последовательно соединенные пульт управления оператора, оптическую формирующую систему и блок формирования визирного индекса, блок подсветки визирного индекса, первый вход которого соединен с выходом пульта управления оператора, источник питания, блок изменения яркости визирного индекса, первый вход которого соединен с выходом источника питания, а второй - с выходом пульта управления оператора.

Эта система выгодно отличается от получивших широкое распространение систем в серийных системах управления огнем. В этой системе оператор при каждом визировании совмещает визирный индекс с центром цели, чем достигается однообразие прицеливания во всех случаях стрельбы. Кроме того, для облегчения обнаружения визирного индекса в неблагоприятных условиях стрельбы (плохая видимость, пыледымовые и световые помехи и др.) он подсвечивается.

Однако эта система также имеет недостатки. При стрельбе по различным целям оператор должен удерживать линию визирования на объекте визирования (цели) в течение продолжительного времени (не менее 3 с), которое необходимо для ввода требуемых поправок. Это время может быть еще большим, если при стрельбе использовать управляемые ракеты. Например, при стрельбе управляемой ракетой на максимальную дальность оператор вынужден удерживать визирный индекс на объекте визирования (цели) более 15 с (см., например, Латухин А.Н. Противотанковое вооружение. М: Воениздат, 1974, с.192-235). Такое прицеливание, несмотря на то что оно точнее и проще, чем в танке Т-62, вызывает повышенную напряженность оператора, в частности его зрительного аппарата, что очень часто приводит к потере цели (объекта визирования) или визирного индекса (даже при его подсветке) в условиях действия пыледымовых помех, световых помех, особенно на пестрых фонах различной яркости. Ситуация еще более усугубляется, если физическое состояние оператора по каким-либо причинам не соответствует требуемому (ранение, утомление, стрессовые срывы и др.). Продолжение стрельбы в таком состоянии оператора возможно, однако ее эффективность резко падает, а причину резкого снижения эффективности определить очень сложно, так как состояния оператора ни он сам, ни экипаж танка в процессе стрельбы не замечают.

Известна также информационно-управляющая система (см., например, патент РФ №2070703, с приоритетом от 13.07.94), являющаяся по технической сути и существенным признакам наиболее близкой к заявляемой и принятая за ее прототип. Она содержит пульт управления оператора и соединенную с его первым выходом оптическую формирующую систему, последовательно соединенные источник питания, блок изменения яркости, второй вход которого соединен со вторым выходом пульта управления оператора, сумматор, фильтр низкой частоты, блок подсветки, второй вход которого соединен с третьим выходом пульта управления оператора, блок светофильтров и блок формирования визирного индекса, последовательно соединенные генератор периодических сигналов, блок регулировки периодических сигналов и датчик частоты периодических сигналов, первый выход которого соединен со вторым входом фильтра низкой частоты, при этом второй выход блока регулировки периодических сигналов соединен со вторым входом сумматора.

Введение в эту систему генератора и блока регулировки периодических сигналов, фильтра низкой частоты, датчика частоты периодических сигналов и других элементов и связей позволило помимо подсветки визирного индекса достичь и периодического изменения его яркости, благодаря чему его обнаружение на пестрых фонах различной яркости значительно облегчается. Этому способствует и фильтрация электрического сигнала подсветки от высокочастотных помех с помощью фильтра низких частот и от оптических помех с помощью блока светофильтров. Однако недостатки, связанные с состоянием наводчика-оператора, в информационно-управляющей системе по патенту РФ №2070703 не устранены, кроме того, поступающая на рабочее место оператора и других членов экипажа обширная информация используется не достаточно, что ограничивает потенциальные возможности как информационно-управляющей системы, так и системы управления огнем и маневром объектов военного назначения.

Задачей настоящего изобретения является устранение этих недостатков, расширение функциональных возможностей системы, повышение эффективности управления. Указанная задача решается тем, что в информационно-управляющую систему, содержащую пульт управления оператора и соединенную с его первым выходом оптическую формирующую систему, последовательно соединенные источник питания, блок изменения яркости, второй вход которого соединен со вторым выходом пульта управления оператора, сумматор, фильтр низкой частоты, блок подсветки, второй вход которого соединен с третьим выходом пульта управления оператора, блок светофильтров и блок формирования визирного индекса, последовательно соединенные генератор периодических сигналов, блок регулировок периодических сигналов и датчик частоты периодических сигналов, первый выход которого соединен со вторым входом фильтра низкой частоты, при этом второй выход блока регулировки периодических сигналов соединен со вторым входом сумматора, введены информационно-управляющий блок, первый, второй и третий блоки управления, датчик амплитуды периодических сигналов и датчик временных интервалов, указатели амплитуды и частоты периодических сигналов, указатель временных интервалов, последовательно соединенные системы измерения дальности, формирования дополнительной информации и ее ввода в поле зрения оператора, при этом вход информационно-управляющего блока соединен с выходом оптической формирующей системы, а его выход - со входом блока формирования визирного индекса, входы датчика амплитуды периодических сигналов и датчика временных интервалов соединены соответственно с третьим и первым выходами блока регулировки периодических сигналов, первые входы указателей амплитуды и частоты периодических сигналов и первый вход указателя временных интервалов соединены с выходами датчиков соответственно амплитуды и частоты периодических сигналов и датчика временных интервалов, а вторые входы - с выходами соответственно первого, второго и третьего блоков управления, второй выход третьего блока управления соединен со вторым входом датчика временных интервалов, второй вход и второй выход системы формирования дополнительной информации соединены соответственно со вторым выходом и третьим входом датчика временных интервалов, выход системы ввода дополнительной информации оптически сопряжен с полем зрения оператора, а третий вход системы формирования дополнительной информации соединен с третьим выходом пульта управления оператора.

Введение новых элементов и связей позволяет дополнительно определять состояние оператора путем, например, определения его зрительного (умственного и др.) утомления одним из известных способов (см., например, Авторское свидетельство СССР №339280, кл. А61В 5/16, 1971) и прогнозировать изменение показателей его функциональной деятельности, в частности выполнения операторских функций как в заранее заданных условиях, так и в условиях реальной боевой обстановки. Кроме того, появляется возможность корректировки (путем тренировки) и улучшения временных характеристик. Своевременное определение состояния оператора в конечном итоге позволяет своевременно предупреждать нежелательные малоэффективные их действия, ошибки, что способствует поддержанию эффективности выполнения ими своих функций на высоком уровне. Кроме того, благодаря вводу систем формирования и ввода дополнительной информации значительно расширяются возможности оператора по повышению точности и быстродействия выполнения задач управления огнем и маневром.

На чертеже показано взаимное расположение и связи элементов предлагаемой информационно-управляющей системы и приняты следующие обозначения: 1 - генератор периодических сигналов (ГПС), 2 - блок регулировки периодических сигналов (БР), 3 - блок изменения яркости (БИЯ), 4 - источник питания (ИП), 5 - фильтр низкой частоты (ФНЧ), 6 - сумматор (С), 7 - датчик амплитуды периодических сигналов (ДА), 8 - датчик частоты периодических сигналов (ДЧ), 9 -датчик временных интервалов (ДВИ), 10 - блок подсветки (БП), 11 и 12 - указатели амплитуды (УКА) и частоты (УКЧ) периодических сигналов, 13 - указатель временных интервалов (УКИ), 14 - блок светофильтров (БСФ), 15 - первый блок управления (БУ₁), 16 - второй блок управления (БУ₂), 17 - третий блок управления (БУ₃), 18 - оператор (О), 19 - блок формирования визирного индекса (БФВИ), 20 - информационно-управляющий блок (ИУБ), 21 - оптическая формирующая система (ОФС), 22 - пульт управления оператора (ПУО), 23 - система ввода дополнительной информации в поле зрения оператора (СВДИ), 24 - система формирования дополнительной информации (СФДИ), 25 - система измерения дальности (СИД).

Блоки 1-6, 8, 10, 14, 19, 21, 22 являются штатными элементами прототипа и используются в предлагаемом техническом решении без каких-либо конструктивных изменений. Конструктивное исполнение блоков 7, 9, 11, 12 и 13 широко известно в научно-технической литературе (см., например, Корнеев В.В. и др. Электроавтоматика и электрооборудование танков, ч.1. М.: ВАБТВ, 1964, с.19-104, 191-220; Энциклопедия кибернетики, т.1. Киев, 1975, с.254-256; Основы автоматики и танковые автоматические системы. М.: ВАБТВ, 1976, с.134-136, и др.). Первый 15, второй 16 и третий 17 блоки управления выполнены на основе выключателей (тумблеров) и кнопок управления (см. там же), при нажатии которых на входы блоков 11, 12 и 13 подаются сигналы управления, по которым на информационных табло указателей 11, 12 и 13 появляется информация о текущих значениях амплитуды и частоты периодических сигналов, а также временных интервалов, полученных с выходов датчиков соответственно амплитуды 7, частоты 8 и временных интервалов 9. Для питания датчика временных интервалов 9 используется генератор периодических сигналов 1, что дает возможность калибровать периодический сигнал в широких пределах и обойтись без дополнительных источников питания. Информационно-управляющий блок 20 выполнен на основе блока визуальной информации, подвижных зеркальной системы и шторки с ручными приводами, с помощью которых оператор 18 может вручную вводить шторку в оптическую систему, экранируя блок формирования визуального индекса 19 от оптической формирующей системы 21, и регулировать степень экранирования. С помощью подвижной зеркальной системы и блока визуальной информации осуществляется управление визуальной информацией, предоставляемой оператору для расширения его функций, для его контроля и обучения. Блоки 23, 24 и 25 выполнены по аналогии с соответствующими блоками прототипа и других аналогов (см. выше).

Работает предлагаемое устройство для визирования следующим образом. Как и в прототипе, оператор (наводчик) 18, включив систему управления огнем (в том числе блоки: 1, 2, 3, 4, 10, 22-25), наблюдает через блок формирования визирного индекса 19 и оптическую формирующую систему 21 поле боя, ведет разведку целей (объектов визирования) и выбирает определенную из них (например, объект визирования) для поражения. Затем с помощью пульта управления оператора 22 и оптической формирующей системы 21 совмещает точку визирования на объекте визирования с визирным индексом, сформированным в блоке 19, и учетом дополнительной информации, сформированной в блоке 24. В прототипе визирный индекс нанесен на стеклянную пластинку в форме угольника, с вершиной которого и совмещается точка визирования. Дополнительная информация, например индексы (визирные), шкалы, цифровые данные и др., сформирована, как правило, электронно-оптическим путем. Ее изображение, например индекса, образуется на экране электронно-лучевой трубки в виде окружности, диаметр которой пропорционален дальности цели, и при помощи оптических преломляющих устройств вводится в поле зрения наводчика-оператора (см., например, Гуглин И.Н. Телевизионные игровые автоматы и тренажеры. М.: Радио и связь, 1982). Центр окружности, как и основной визирный индекс, совмещен с оптической осью поля зрения оператора. В современных визирных устройствах изменение яркости визирных индексов достигается за счет изменения напряжения подсветки, для чего в цепь питания лампы подсветки включается регулируемое сопротивление (см., например, Танк «Урал» (Т-72), ТО и ИЭ. Кн.1. М.: Воениздат, 1975, 304 с.). Таким образом производится изменение яркости визирного индекса в блоке 3 предлагаемого устройства. В блоке 24 яркость определяется характеристиками ЭЛТ. В дальнейшем (в процессе всего процесса визирования при выстреле одного снаряда или наведении одной ракеты) сигнал на выходе блоков 3 и 24, как правило, остается постоянным. Для получения переменной составляющей сигнала подсветки основного визирного индекса в прототипе используется блок 1 (генератор периодических сигналов). При этом его параметры (амплитуда и частота) устанавливаются с помощью блока 2, поскольку для различных операторов они (параметры) различны. Одновременно с установкой оптимальной частоты в блоке 2 благодаря связям блока 2 с блоками 8 и затем 5 такая же частота устанавливается и в блоках 8 и 5.

Изменение амплитуды сигнала подсветки визирного индекса будет происходить синфазно с изменением периодического сигнала. Наличие переменной составляющей в сигнале подсветки вызывает необходимость его фильтрации. Электрическую фильтрацию периодического сигнала подсветки производят путем включения электрического фильтра (блок 5) в электрическую цепь, передающую электрический сигнал с сумматора 6 в блок подсветки визирного индекса 10 для преобразования сигнала из электрической формы в оптическую. При этом фильтр настраивается на частоту изменения сигнала подсветки визирного индекса (благодаря связи блока 5 с блоком 8). Включение фильтра 5 обеспечивает исключение из электрического сигнала высокочастотных составляющих, способствующих размыванию изображения визирного индекса.

Перед началом визирования путем ручного переключения светофильтров на блоке 14 оператор добивается оптимального контраста между основным визирным индексом и фоном с целью, устанавливает необходимую яркость дополнительного визирного индекса на блоке 24, а затем, совместив основной визирный индекс с объектом визирования, он, воздействуя на пульт управления 22 и через него - на оптическую формирующую систему 21, продолжает визирование (слежение за целью) до момента производства выстрела и оценки результатов стрельбы.

В режиме стрельбы управляемой ракетой до момента производства выстрела размеры дополнительного визирного индекса целесообразно выполнять максимальными. После пуска управляемой ракеты его размеры уменьшаются пропорционально уменьшению дальности управляемой ракеты от цели, что обеспечивается блоком 25. Тем самым обеспечивается повышение точности визирования и выполнения временных показателей.

При необходимости определения состояния наводчика-оператора, например его зрительной усталости, включаются блоки 15 и 16, по сигналам с выходов которых указатели 11 и 12 подключаются к выходам датчиков 7 и 8, благодаря чему информация об амплитуде конкретного периодического сигнала и его частоте поступает соответственно на указатели 11 и 12 и при нажатии соответствующей кнопки выдается на информационное табло соответствующего указателя. Затем перемещением оператором 18 вручную рукоятки блока экранирования в информационно-управляющем блоке 20 его шторка вводится в оптическую систему прицельного устройства, благодаря чему блок формирования визирного индекса 19 экранируется от оптической формирующей системы 21, что способствует исключению световых помех и однообразию визуальной обстановки. После этого, используя один из известных способов определения степени зрительного утомления (см. а.с. 339280), воздействуют на органы регулировки блока 2, изменяя либо частоту, либо амплитуду периодического сигнала, определяют критическое значение измеряемого показателя. Это значение определяется по его величине, при которой мелькающий свет станет казаться ровным. В этот момент наводчик-оператор нажимает на кнопку соответствующего блока управления (15 или 16), и на информационное табло соответствующего указателя (11 или 12) выдается численное значение измеряемой величины, по которой и судят о степени изменения состояния наводчика-оператора.

Определение (самоопределение) степени умственного утомления наводчика (оператора) производится их временным тестированием (по качеству выполнения ими временных тестов). Для этого используются блоки 9, 13 и 17: датчик временных интервалов, указатель интервалов и третий блок управления. В отличие от первого 15 и второго 16 блоков управления третий блок управления 17 соединен не только со «своим» указателем 13, но еще и со вторым входом датчика временных интервалов 9. При первом нажатии на кнопку управления третьего блока управления 17 сигналы с его выходов подаются на вход указателя интервалов 13 и второй вход датчика временных интервалов 9. Благодаря этому с первого выхода датчика временных интервалов 9 на вход указателя интервалов 13 подается сигнал, величина которого пропорциональна длительности временного интервала между первым и вторым нажатиями на кнопку управления (на третьем блоке управления 17). Таким образом, датчик временных интервалов работает, подобно электрическому секундомеру: при первом нажатии на кнопку управления блока 17 секундомер начинает работу; при втором нажатии секундомер останавливается; при третьем нажатии на табло указателя 13 происходит сброс информации. Оценка степени умственного утомления производится по отклонению от заданного значения численного значения временного интервала, измеренного наводчиком умственно и представленного после второго нажатия кнопки управления блока 19 на информационном табло указателя интервалов 13.

Для закрепления навыков в прицеливании и выполнении временных показателей используются дополнительно блоки 23-25. При установке на блоке 25 определенной дальности блок 24 формирует дополнительный визирный индекс соответствующего размера, а блок 23 обеспечивает его введение в поле зрения наводчика. После первого нажатия на кнопку управления третьего блока управления 17 со второго выхода датчика временных интервалов 9 сигнал, пропорциональный времени (от нажатия кнопки), поступает на второй вход блока 24. Его полярность обратна полярности сигнала с выхода блока дальности. Поэтому по мере его увеличения размер дополнительного визирного индекса уменьшается и при его исчезновении со второго выхода блока 24 снимается сигнал для выключения блока 9.

При выключенных блоках 15, 16, 20, 23-25 предлагаемое устройство работает, как прототип (в части общих элементов), а при дополнительно выключенных блоках 1 и 2 - как штатные прицельные устройства современных боевых машин (например, танков Т-72).

Введение новых элементов и связей позволило в существенной степени устранить отмеченные недостатки и достичь положительного эффекта. Регулируя и амплитуду, и частоту изменения периодического сигнала, контролируя свои временные характеристики, операторы могут не только выбирать для себя оптимальный с учетом реальных условий режим изменения подсветки визирного индекса, но и оценивать свое состояние, в частности степени зрительного и умственного утомления, что позволяет своевременно принимать соответствующие меры либо по коррекции выполняемых функциональных действий, либо по замене операторов. После 4-х часов непрерывной работы операторов такие меры позволяют уменьшить снижение эффективности их работы на 10-15%.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет проводить оценку влияния различных внешних условий на эффективность действий операторов. При этом возможность обучения операторов и контроля их профессионального уровня позволяет сохранять и повышать их навыки постоянно, а также проводить оценку влияния различных внешних условий на эффективность их действий.

Информационно-управляющая система, содержащая пульт управления оператора и соединенную с его первым выходом оптическую формирующую систему, последовательно соединенные источник питания, блок изменения яркости, второй вход которого соединен со вторым выходом пульта управления оператора, сумматор, фильтр низкой частоты, блок подсветки, второй вход которого соединен с третьим выходом пульта управления оператора, блок светофильтров и блок формирования визирного индекса, последовательно соединенные генератор периодических сигналов, блок регулировки периодических сигналов и датчик частоты периодических сигналов, первый выход которого соединен со вторым входом фильтра низкой частоты, при этом второй выход блока регулировки периодических сигналов соединен со вторым входом сумматора, отличающаяся тем, что в нее введены информационно-управляющий блок, первый, второй и третий блоки управления, датчик амплитуды периодических сигналов и датчик временных интервалов, указатели амплитуды и частоты периодических сигналов, указатель временных интервалов, последовательно соединенные системы измерения дальности, формирования дополнительной информации и ее ввода в поле зрения оператора, при этом вход информационно-управляющего блока соединен с выходом оптической формирующей системы, а его выход - со входом блока формирования визирного индекса, входы датчика амплитуды периодических сигналов и датчика временных интервалов соединены соответственно с третьим и первым выходами блока регулировки периодических сигналов, первые входы указателей амплитуды и частоты периодических сигналов и первый вход указателя временных интервалов соединены с выходами датчиков соответственно амплитуды и частоты периодических сигналов и датчика временных интервалов, а вторые входы - с выходами соответственно первого, второго и третьего блоков управления, второй выход третьего блока управления соединен со вторым входом датчика временных интервалов, второй вход и второй выход системы формирования дополнительной информации соединены соответственно со вторым выходом и третьим входом датчика временных интервалов, выход системы ввода дополнительной информации оптически сопряжен с полем зрения оператора, а третий вход системы формирования дополнительной информации соединен с третьим выходом пульта управления оператора.