Визирно-поисковая система

Визирно-поисковая система

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к устройствам управления, а более конкретно - к оборудованию рабочих мест операторов человеко-машинных систем, например летательных аппаратов, кораблей, подводных лодок, танков, БМП, комплексов навигационных систем, систем дистанционного наведения различных объектов (ракет, торпед и др.). Кроме того, значительное распространение визирно-поисковые системы находят в кинематографе, геодезии, на телевидении, в военной области и др., где оптическая связь нашла широкое применение, благодаря своим основным достоинствам: высокой скорости передачи информации, помехозащищенности, защищенности от несанкционированного доступа, уникальным возможностям оптических приборов и др.

Оптические приборы подразделяются: на приборы наблюдения, измерения углов и дальности (бинокли, перископы, стереотрубы, теодолиты, буссоли, дальномеры и др.); прицелы и коллиматоры; навигационные приборы (сектанты, оптические пеленгаторы и визиры, астроориентаторы и др.); фотографические приборы (фотоаппараты, фото-, кинотеодолиты, фотокинопулеметы и др.).

При этом визиры - приборы для визирования, т.е. совмещения их визирной линии (оптической оси) с направлением на избранную наблюдателем удаленную точку (например, цель) - находят, как правило, применение в большинстве перечисленных вариантов. Визирование обеспечивается, как правило, различными приводами наведения, прицельными устройствами и другими приборами, одной из основных функций которых является поиск и визирование цели. От эффективности визирования (прежде всего точности визирования) зависит и эффективность соответствующих систем (например, вооружения), а вместе с тем и эффективность выполнения задач предназначения (стрельбы) в целом.

Известна, например, визирно-поисковая система (ВПС) оператора вооружения танка Т-62 (см., например, Руководство по материальной части и эксплуатации танка Т-62. М., Воениздат, 1968, с.195-210). Она содержит пульт управления оператора, блок дальности и оптически сопряженные блок формирования визирного индекса и оптическую формирующую систему. В этой системе при стрельбе в обычных условиях с места по неподвижной цели визирование осуществляется путем совмещения точки визирования (прицеливания) на цели с визирным индексом (прицельной маркой), а изменение условий стрельбы учитывается перемещением визирного индекса (прицельной марки) прицела на определенную угловую величину до выстрела. При этом возникает угловое рассогласование между линией визирования и вооружением (осью ствола). Вместе с этим возникает недостаток: линия визирования отклоняется от оптической оси поля зрения прицельного устройства, что сопровождается ухудшением видимости и снижением разрешающей способности оптической системы. Кроме того, при стрельбе в условиях, отличных от обычных (стрельба с ходу, по движущейся цели, стрельба при сильном боковом ветре и т.д.), необходимо вводить поправку в положение линии визирования относительно цели, что вызывает смещение визирного индекса (прицельной марки) относительно цели. В этом случае однообразие визирования нарушается, снижается его точность, а вместе с тем резко падает и эффективность стрельбы.

Известна также визирно-поисковая система оператора вооружения (см., например, А.Н Латухин. Противотанковое вооружение. М., Воениздат, МО СССР, 1974, с.218-235), являющаяся прототипом предлагаемой системы. Она содержит пульт управления оператора, блок дальности, вход которого соединен с первым выходом пульта управления оператора, оптически сопряженные блок формирования визирного индекса и оптическую формирующую систему, первый вход которой соединен со вторым выходом первого пульта управления оператора, а второй - с выходом блока дальности.

В этой системе визирование заключается в определении и установке исходных размеров поля зрения (оптической формирующей системы), совмещении его оптической оси с объектом визирования и удержании его (поля зрения) в таком положении в течение заданного времени (пока снаряд или ракета не достигнут цели). В этой системе, в отличие от других известных (см. выше), поправки на отклонение условий стрельбы от нормальных вводятся в положение вооружения по отношению к прицельной марке (визирному индексу), а не наоборот, совмещение оптической оси (линии визирования) с целью при визировании (прицеливании) и ввод поправок в положение вооружения относительно линии визирования (прицеливания) обеспечивает однообразие при прицеливании во всех условиях стрельбы, предотвращает ухудшение видимости и снижение разрешающей способности оптической системы (так как линия визирования совмещена с оптической осью оптической формирующей системы), а вместе с этим и улучшает эргономические условия при визировании.

Однако эта визирно-поисковая система также имеет недостатки. Несмотря на однообразие визирования при каждом выстреле в различных условиях и по различным целям оператор должен удерживать линию визирования (прицеливания) на цели (на точке прицеливания) в течение продолжительного времени, чтобы обеспечить по времени ввод в положение вооружения всех поправок. Это время составляет около 2-3 с. Оно еще больше увеличивается, если стрельба производится управляемой ракетой. Например, при стрельбе управляемой ракетой на максимальную дальность оператор вынужден удерживать линию визирования на цели более 15 с (см., например, А.Н.Латухин. Противотанковое вооружение. М., Воениздат, 1974, с.192-235). Такое визирование 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 или прицельной марки (визирного индекса) в условиях действия пыледымовых и световых помех.

Целью настоящего изобретения является улучшение условий, повышение помехоустойчивости и точности визирования (прицеливания).

Указанная цель достигается тем, что в известную визирно-поисковую систему, содержащую первый пульт управления оператора, блок дальности, вход которого соединен с первым выходом первого пульта управления оператора, оптически сопряженные блок формирования визирного индекса и оптическую формирующую систему, первый вход которой соединен со вторым выходом первого пульта управления оператора, а второй - с выходом блока дальности, введены датчик квалификации оператора, второй пульт управления оператора, вход которого соединен с первым выходом первого пульта управления оператора, датчик типа визира, датчик зрительного аппарата оператора, последовательно соединенные по первым входам датчик типа объекта визирования, блок изменения масштаба, второй вход которого соединен с первым выходом датчика типа визира, первый делитель, второй вход которого соединен с выходом блока дальности, первый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика квалификации оператора, привод, второй вход которого соединен с первым выходом второго пульта управления оператора, и оптически сопряженную с оптической формирующей системой апертурную диафрагму с регулируемой апертурой, датчик типа объекта управления, последовательно соединенные второй делитель, первый вход которого соединен с выходом блока дальности, а второй вход с выходом датчика типа объекта управления, второй сумматор, второй и третий входы которого соединены с выходами датчиков соответственно типа визира и зрительного аппарата оператора, и блок управления, второй и третий входы которого соединены со вторыми выходами соответственно первого и второго пультов управления оператора, а выход - с третьим входом привода, при этом блок формирования визирного индекса оснащен блоком подсветки визирного индекса, включающим блоки изменения яркости и цвета подсветки с регуляторами их частоты.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показано взаимное расположение и связи элементов предлагаемой визирно-поисковой системы. Новые элементы и связи показаны пунктиром. Сплошными линиями показаны элементы и связи, реализующие прототип. На чертеже приняты следующие обозначения:

1 - оператор (О),

2 - блок формирования визирного индекса (БФВИ),

3 - апертурная диафрагма (АД),

4 - оптическая формирующая система (ОФС),

5 - объект визирования (ОВ),

6 - датчик типа объекта визирования (ДТОВ),

7 - блок изменения масштаба (БИМ),

8 - привод (ПРД),

9 - датчик типа визира (ДТВ),

10 - первый делитель (ДЕЛ₁),

11 - первый сумматор (С₁),

12 - датчик квалификации оператора (ДКО),

13 - первый пульт управления оператора (ПУО₁),

14 - блок дальности (БД),

15 - второй делитель (ДЕЛ₂),

16 - второй сумматор (С₂),

17 - блок управления (БУ),

18 - датчик типа объекта управления (боеприпаса, ДТБ),

19 - датчик зрительного аппарата оператора (ДЗА),

20 - второй пульт управления оператора (ПУО₂).

Блоки 2, 4, 13 и 14 являются штатными элементами прототипа и используются в предлагаемом техническом решении без каких-либо конструктивных изменений. Конструктивное исполнение блоков 7, 8, 10, 11, 15, 16 широко известно в научно-технической литературе (см., например, В.В.Корнеев 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). То же касается и блоков 3 и 17 (см., например, Е.И.Бутиков. Оптика. М., Высшая школа, 1986, с.347-352; А.Х.Синельников. Электронные реле времени. М., Энергия, 1974, с.101-129, 148-162, 172-181; Р.Фелпс. 750 практических схем. Справочное руководство, пер. с англ. М., Мир, 1986, с.347, 440-454, 462 и др.). Датчики 6, 9, 12, 18 и 19 выполнены на основе делителей напряжения (см., например, В.В.Корнеев и др. Основы автоматики и танковые автоматические системы. М., ВАБТВ, 1976, с.134-136) с переключателем и указателем (шкалой) соответствующей информации.

Работает предложенная визирно-поисковая система следующим образом. Оператор, наблюдая через оптическую систему 4, обнаруживает объект визирования 5, определяет и устанавливает необходимый исходный размер поля зрения (как правило, угол поля зрения) и как можно точнее совмещает линию визирования с объектом визирования. Определение и выбор исходных размеров поля зрения зависят от типа визирного (прицельного) устройства. Если это оптический прибор, то основным размером, как правило, будет угол поля зрения, измеряемый плавно или дискретно, в зависимости от необходимого увеличения, размеров объекта визирования, скорости его движения, наличия помех в поле зрения и т.д. В процессе поиска объекта визирования (цели на поле боя, летательного аппарата на фоне звездного неба, подвижного объекта при телевизионной или киносъемке и т.д.) до момента его опознания размеры поля зрения, как правило, максимальны, что необходимо для ускорения процесса поиска. Если же поиск объекта визирования производится по экрану (например, телевизионного устройства), то основными размерами поля зрения будут его ширина и высота, которые, как правило, соответствуют ширине и высоте объекта визирования. Совмещение линии визирования с объектом визирования производится с помощью визирного индекса (прицельной марки), который в прототипе съюстирован с оптической осью поля зрения прицельного устройства. Поэтому при совмещении линии визирования с объектом визирования одновременно происходит совмещение с ним и оптической оси поля зрения визирного устройства ППС, благодаря чему достигается использование области поля зрения с максимальной разрешающей способностью и видимостью, а также уменьшается вероятность оптических искажений.

Убедившись в совмещении визирного индекса с точкой визирования на объекте визирования, оператор уменьшает поле зрения до величины:

В=В_о+6б_в,

где В - размер поля зрения (уменьшаемый), В_о - размер объекта визирования, б_в - среднеквадратическое значение ошибки визирования. В предлагаемом устройстве команда на уменьшение может подаваться в ручном и автоматическом режимах. Переключение режимов происходит с помощью второго пульта управления оператора 20, на котором установлены переключатель режимов и две кнопки ручного управления. При положении переключателя режимов в исходном положении обеспечивается работа предложенного устройства в режиме работы прототипа. При переключении (оператором) вручную переключателя на втором пульте управления в 1-е положение - обеспечивается управление диафрагмой в ручном режиме: при нажатии на первую кнопку ручного управления - поле зрения уменьшается, пока нажата кнопка, а при нажатии на вторую - увеличивается, возвращаясь в исходное положение. При отпущенных кнопках привод 8 остается неподвижным. Таким образом, обеспечивается возможность установки оператором вручную любого положения диафрагмы: от исходного состояния (полностью открыто) до конечного (полностью закрыто). В этом режиме работа блока управления 17 блокируется благодаря его связи с блоком 20. В автоматическом режиме (переключатель на блоке 20 во 2-м положении, в котором блокировка блока управления 17 снимается), команда на уменьшение поля зрения (перемещение приводом 8 диафрагмы 3) совмещается с командой на измерение дальности, которая подается с первого пульта управления оператора 13 на привод 8 (через второй пульт управления оператора) после нажатия оператором 1 кнопки измерения дальности на первом пульте управления оператора 13. Информация о размере объекта визирования 5 обеспечивается датчиком типа объекта 6, представляющим собой переключатель на несколько положений, каждое из которых соответствует определенному типу объекта визирования, размеры которого существенно отличаются от других. Сигнал, соответствующий размерам объекта визирования в виде, например, напряжения, подается с выхода блока 6 на первый вход блока изменения масштаба 7, на второй вход которого поступает сигнал с выхода датчика типа визира 9, соответствующий увеличению визира, которое в свою очередь зависит от типа визира (если увеличение не изменяется) и от установленного значения увеличения (если оно изменяется). Под действием этого сигнала в блоке 7 устанавливается соответствующий масштаб, обеспечивающий изменение сигнала с выхода блока 6 (датчика типа объекта). С выхода блока 7 сигнал поступает на первый вход первого делителя 10, на второй вход которого поступает сигнал с выхода датчика дальности объекта. На первом делителе 10 обеспечивается деление сигнала, соответствующего размерам цели на сигнал, соответствующий дальности до нее. Благодаря этому информация о линейном размере объекта преобразуется в информацию об угловом размере и с выхода делителя 10 подается на первый вход первого сумматора 11, где суммируется (алгебраически) с сигналом датчика квалификации оператора, соответствующего среднеквадратическим угловым ошибкам визирования оператора данной квалификации, что необходимо для оценки эффективности системы. С выхода первого сумматора 11 сигнал подается на вход привода 8 и обеспечивает остановку привода при достижении диафрагмой 3 заданного размера, соответствующего величине В_о+6б_в. Это может быть сделано с помощью концевого выключателя, положение которого относительно подвижных элементов привода может изменяться в соответствии с величиной сигнала на выходе блока 11. В этом положении диафрагма и привод остаются в течение определенного времени t_з+t_и (t_з - заданное время, t_и - время инерции системы «глаз-визирное устройство»), по истечении которого привод 8 и диафрагма 3 возвращаются в исходное положение, а поле зрения восстанавливается в исходных размерах. Команда на возвращение привода и диафрагмы в исходное положение поступает на привод с выхода блока управления 17, который обеспечивает выполнение алгоритма: t_з+t_и. В общем случае отсчет заданного времени t_з начинается от момента нажатия оператором 1 кнопки измерения дальности, расположенной на первом пульте управления оператора 13. Поскольку положение диафрагмы 3 и ее привода 8 за время от нажатия на кнопку измерения дальности до нажатия на кнопку стрельбы меняется незначительно, то для упрощения аппаратурной реализации в предложенном устройстве отсчет заданного времени может вестись от момента нажатия на кнопку стрельбы с выполнением алгоритма t′_ç+t_и, что не меняет существа дела (t′_ç - время от момента нажатия на кнопку стрельбы до окончания времени полета боеприпаса). В этом случае время t_з для предлагаемого устройства определяется временем полета боеприпаса до объекта визирования и временем инерции системы «глаз-визирное устройство», которое определяется временем инерции зрительного аппарата оператора и соответствующей характеристики используемого прицела (особенно в электронно-оптических прицелах). Информация о времени полета боеприпаса на дальность объекта визирования снимается с выхода блока 15, которая вырабатывается делением значения дальности до объекта на скорость боеприпаса в процессе его полета к объекту визирования. Информация о дальности до объекта визирования поступает на второй делитель 15 (на его первый вход), а информация о скорости боеприпаса - с выхода датчика типа боеприпаса 18 на его второй вход. Информация о времени инерции визирного устройства и оператора снимается с выходов блоков соответственно 9 и 19. Все три сигнала о временных характеристиках суммируются на сумматоре 16, и результирующий сигнал подается на первый вход блока управления 17, что обеспечивает задержку в его срабатывании после подачи на его второй вход сигнала о производстве выстрела, снимаемого с пульта управления оператора 13 после нажатия на кнопку стрельбы. По истечении времени t′_ç+t_и на выходе блока управления формируется сигнал возврата привода 8, а вместе с ним и диафрагмы 3 в исходное положение. При достижении диафрагмой 3 исходного положения привод 8 отключается.

Введение новых элементов и связей позволило в существенной степени устранить ранее отмеченные недостатки и достичь положительного эффекта: обеспечить увеличение контраста визирного индекса с фоном и местностью, реализовать возможность экранирования значительной части поля зрения, например уменьшить его в 5-20 раз, что практически исключает действие световых и пыледымовых помех. Все это позволило в значительной степени улучшить визирно-поисковые возможности, а вместе с этим повысить и его точность, особенно при стрельбе управляемой ракетой (на 7-15%).

Визирно-поисковая система, содержащая первый пульт управления оператора, блок дальности, вход которого соединен с первым выходом первого пульта управления оператора, оптически сопряженные блок формирования визирного индекса и оптическую формирующую систему, первый вход которой соединен со вторым выходом первого пульта управления оператора, а второй - с выходом блока дальности, отличающаяся тем, что в нее введены датчик квалификации оператора, второй пульт управления оператора, вход которого соединен с первым выходом первого пульта управления оператора, датчик типа визира, датчик зрительного аппарата оператора, последовательно соединенные по первым входам датчик типа объекта визирования, блок изменения масштаба, второй вход которого соединен с первым выходом датчика типа визира, первый делитель, второй вход которого соединен с выходом блока дальности, первый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика квалификации оператора, привод, второй вход которого соединен с первым выходом второго пульта управления оператора, и оптически сопряженную с оптической формирующей системой апертурную диафрагму с регулируемой апертурой, датчик типа объекта управления, последовательно соединенные второй делитель, первый вход которого соединен с выходом блока дальности, а второй вход - с выходом датчика типа объекта управления, второй сумматор, второй и третий входы которого соединены с выходами датчиков соответственно типа визира и зрительного аппарата оператора, и блок управления, второй и третий входы которого соединены со вторыми выходами соответственно первого и второго пультов управления оператора, а выход - с третьим входом привода, при этом блок формирования визирного индекса оснащен блоком подсветки визирного индекса, включающим блоки изменения яркости и цвета подсветки с регуляторами их частоты.