Способ целеуказания по направлению системе наведения управляемого объекта

 

Изобретение относится к способам целеуказания по направлению системам наведения (СН) управляемых объектов (УО) класса "воздух - поверхность". Целью изобретения является увеличение дальности между носителем УО и целью в момент окончания целеуказания по направлению СН УО при действии авиационного носителя УО по малоразмерным наземным целям. Этого достигают тем, что в некоторой точке вне цели измеряют координаты цели относительно этой точки, определяют широту и долготу этой точки, вычисляют высоту этой точки над уровнем моря, широту, долготу и высоту над уровнем моря места расположения цели, причем при вычислении указанных высот используют цифровую карту района расположения цели и этой точки, передают широту, долготу и указанную высоту цели на носитель УО, где определяют широту и долготу местонахождения носителя УО, измеряют высоту его полета над местностью, углы ориентации его продольной оси и углы ориентации оси визира СН УО относительно продольной оси носителя УО в горизонтальной и вертикальной плоскостях, вычисляют высоту полета носителя УО над уровнем моря с использованием цифровой карты района, в котором проходит маршрут полета носителя УО, углы ориентации вектора Д_ноц дальности носитель УО - цель, а также углы ориентации оси визира СН УО относительно вектора Д_ноц в указанных плоскостях и разворачивают визир СН УО в сторону уменьшения углов, указанных последними, до их нулевых значений. 3 ил.

Изобретение относится к способам целеуказания по направлению системе наведения управляемого объекта (УО) и может быть использовано при создании новых и модернизации существующих систем целеуказания по направлению системам наведения управляемых объектов класса "воздух - поверхность".

Известен способ целеуказания по направлению системе самонаведения УО [1] , который состоит в том, что на носителе УО предварительно устанавливают УО так, что продольная ось коллинеарна продольной оси носителя УО, а поле зрения визира системы самонаведения УО предварительно жестко ориентируют по его продольной оси, на носителе УО обнаруживают и опознают цель, принимают излучение от цели, измеряют углы в вертикальной и горизонтальной плоскостях между продольной осью носителя УО и направлением, с которого приходит принятое излучение от цели, и разворачивают носитель УО в вертикальной и горизонтальной плоскостях в сторону уменьшения этих углов до нулевых значений. Недостатком этого способа является большое время, необходимое для целеуказания системе самонаведения УО, обусловленное поворотом носителя УО, обладающего значительной инерционностью.

Известен также способ целеуказания по направлению системе самонаведения УО [2], который состоит в том, что на носителе УО предварительно устанавливают УО так, что продольная ось УО коллинеарна продольной оси его носителя, обнаруживают и опознают цель, принимают излучение от цели, измеряют углы А_вн и А_гн соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях между продольной осью носителя УО и направлением, с которого приходит принятое излучение, а на УО измеряют углы А_во и А_го соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях между продольной осью УО и осью визира системы самонаведения УО, вычисляют на носителе УО излучения разности углов А_гн и А_го и разности углов А_вн и А_во и разворачивают визир системы самонаведения УО соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях в сторону уменьшения этих разностей до нулевых значений. Недостатком этого способа является сравнительно небольшая дальность целеуказания оптическим системам самонаведения УО при действии авиационных носителей УО по малоразмерным наземным целям.

Прототипом предлагаемого изобретения следует считать способ целеуказания по направлению системе самонаведения УО (2), общим признаком которого с заявляемым изобретением является то, что в нем разворачивают визир системы наведения УО в вертикальной и горизонтальной плоскостях в сторону уменьшения соответствующих углов до их нулевых значений.

Кроме того, в прототипе на носителе УО предварительно устанавливают УО так, что продольная ось УО коллинеарна продольной оси его носителя, обнаруживают и опознают цель, принимают излучение от цели, измеряют углы А_вн и А_гн соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях между продольной осью носителя УО и направлением, с которого приходит принятое излучение от цели, а на УО измеряют углы А_во и А_го соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях между продольной осью УО и осью визира системы наведения УО и вычисляют на носителе значения разности углов А_вн и А_во и разности углов А_гн и А_го.

Недостатком прототипа является сравнительно небольшая дальность до цели, на которой выполняется целеуказание по направлению оптическому визиру системы наведения УО при действии авиационных носителей УО по малоразмерным наземным целям. Это объясняется тем, что в прототипе целеуказание по направлению системе наведения УО выполняется после обнаружения и опознавания цели экипажем авиационного носителя УО. Визуальное обнаружение и опознание малоразмерной цели экипажем авиационного носителя УО возможно на дальностях порядка 3. ..5 км до цели. Следовательно, к моменту выполнения целеуказания по направлению носитель УО окажется в зоне действия средств ПВО цели и с большой вероятностью будет поражен ими. Применение экипажем носителя УО при поиске цели оптических приборов, обладающих большим увеличением и позволяющим повысить дальность обнаружения и опознавания цели, но имеющим в связи с этим узкое поле зрения, приведет к увеличению времени поиска цели на носителе, обусловленному необходимостью обследования большого пространственного угла узким полем зрения такого прибора. Так как в процессе поиска цели авиационный носитель сближается с ней, то и в этом случае к моменту окончания целеуказания по направлению системе наведения УО носитель УО окажется на небольшой дальности до цели, войдя в зону действия ее средств ПВО.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка прототипа, а именно увеличение дальности между носителем УО и целью в момент времени окончания целеуказания по направлению визиру системы наведения УО при действии авиационного носителя УО по малоразмерным наземным целям.

Достигается эта цель следующим образом. В некоторой точке И вне цели определяют географические координаты этой точки и измеряют координаты цели относительно этой точки. По этой информации в точке И вычисляют широту, долготу и высоту над уровнем моря места расположения цели и по радиоканалу передают эти координаты цели на носитель УО. На этом носителе определяют широту и долготу его местонахождения, измеряют высоту его полета над местностью и вычисляют высоту его местонахождения над уровнем моря. По этой информации на носителе УО вычисляют углы ориентации вектора дальности цель - носитель относительно горизонтальной плоскости, проходящей через цель, и относительно географического меридиана. На носителе УО измеряют угол ориентации его продольной оси относительно магнитного меридиана в горизонтальной плоскости и относительно местной вертикали. Кроме того, на носителе УО измеряют углы отклонения оси визира системы наведения УО от продольной оси носителя в горизонтальной и вертикальной плоскостях. По этой информации на носителе УО вычисляют углы отклонения в горизонтальной и вертикальной плоскостях оси визира системы наведения УО от вектора дальности цель - носитель УО и отклоняют визир системы наведения УО в этих плоскостях в сторону уменьшения этих углов до нулевых значений.

Таким образом, целеуказание по направлению визиру системы наведения УО осуществляется без обнаружения цели экипажем авиационного носителя УО и, следовательно, может выполняться на дальностях до цели, существенно превышающих дальность ее обнаружения этим экипажем.

Существо предлагаемого способа поясняется схемами, показанными на фиг. 1, 2 и на фиг 3. На фиг. 1,2 показаны положения УО и цели в текущий момент времени t целеуказания по направлению системе наведения УО в горизонтальной (фиг. 1) и вертикальной (фиг. 2) плоскостях. На фиг. 1, 2 обозначено: УМ - уровень моря; Ц - место расположения цели; ГП - горизонтальная плоскость, проходящая через точку Ц; О,О' - точка, в которой находится УО, и проекция этой точки на поверхность земли; И, И'- точка, в которой находится радиопередатчик, и ее проекция на плоскость ГП; вектор дальности между точками Ц и И и его проекция на плоскость ГП; прямоугольная система координат, расположенная в плоскости ГП, начало которой находится в точке Ц, ось направлена по касательной к географическому меридиану, проходящему через цель, а ось направлена по касательной к географической параллели, проходящей через цель; Θ_ц - угол превышения цели относительно точки И; С-Ю - направление магнитного меридиана в точках И и О'; Δ_и,Δ_o - значения углов магнитного склонения в точках И и О' соответственно; К_ци - значение магнитного азимута цели относительно точки И; х_ци- проекция вектора на ось ; У_ци - проекция вектора на ось ; вектор дальности между УО и целью и его проекция на плоскость ГП; х_оц, y_оц - координаты точки О' в системе координат Н_ц, Н_и, Н_ро, Н_о - высоты соответственно точек Ц, И, О' и О над уровнем моря; орт продольной оси носителя УО и проекция этого орта на плоскость ГП; - орт оси визира системы наведения УО и проекция этого орта на плоскость ГП; А_гоц - угол ориентации вектора относительно направления ; К_мн - магнитный азимут продольной оси носителя УО; А_воц - угол ориентации вектора относительно плоскости ГП; В_ов - угол ориентации продольной оси носителя УО в вертикальной плоскости; В_лв, А_лв - углы ориентации орта относительно орта соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях; В_вц, А_вц - углы ориентации орта относительно вектора соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

На фиг. 3 представлена структурная схема возможного варианта устройства, реализующего предложенный способ целеуказания по направлению системе наведения УО. Пунктирными линиями ограничены элементы устройства, находящиеся в точке И и на носителе УО. В каждом элементе, имеющем более одного входа или выхода, цифрами обозначены номера соответствующих входов и выходов. На фиг. 3 обозначено: 1 - приемник системы спутниковой навигации (ПССН); 2 - дальномер; 3 - магнитный компас (МК); 4 - вычислитель; 5 - радиопередатчик (РП); 6 - радиоприемник; 7 - приемник системы спутниковой навигации, находящейся на носителе УО (ПССН НУО); 8 - радиовысотомер (РВ); 9 - магнитный компас, находящийся на носителе УО (МК НУО); 10 - угломерное устройство (УУ); 11 - трехстепенной гироскоп (ПК); 12 - вычислитель, находящийся на носителе УО (ВНУО); 13 - привод поворота визира системы наведения УО (ППВ); Ψ_и,λ_и - широта и долгота точки И, показанной на фиг. 1, 2; ЦК1 - цифровая карта района расположения точек Ц и И; Ψ_ц,λ_ц - - широта и долгота места расположения цели; Ψ_o,λ_o - - широта и долгота точки О (фиг. 1, 2); ЦК2 - цифровая карта района, в котором проходит маршрут полета носителя УО. Остальные обозначения на фиг. 3 такие же, как на фиг. 1, 2.

Существо предлагаемого способа состоит в следующем. В точке И вне цели (фиг. 1, 2) в текущий момент времени t целеуказания измеряют расстояние D(t) от точки И до цели и магнитный азимут К_ци (t) цели относительно точки И. Кроме того, в точке И определяют широту Ψ_и(t) и долготу λ_и(t) этой точки. Значения D(t), К_ци(t), Ψ_и(t),λ_и(t) вводят в вычислитель, находящийся в точке И. В этом же вычислитель предварительно вводят цифровую карту ЦК1 района расположения точки И и цели. С использованием координат Ψ_и(t),λ_и(t) и цифровой карты в этом вычислителе вычисляют высоту Ни(t) точки И над уровнем моря и угол магнитного склонения Δ_и(t) в точке И. Кроме того, здесь же вычисляют широту Ψ_ц(t), долготу и высоту Н_ц(t) над уровнем моря точки Ц, в которой находится цель в момент времени t, по следующему алгоритму H_и(t) = H_и(Ψ_и(t),λ_и(t)), (3) H_ц(t) = H_ц(Ψ_ц(t),λ_ц(t)), (4) где
H_и(Ψ_и(t),λ_и(t)),H_ц(Ψ_ц(t),λ_ц(t)) - однотипные алгоритмы вычисления высоты точки на цифровой карте по известным значениям широты и долготы этой точки;
а, е - большая полуось и эксцентриситет референц-эллипсоида, значения которых известны.

Так как алгоритмы (3) и (4) однотипны, достаточно рассмотреть существо одного из них, например алгоритма (3). В цифровой карте ЦК1 информация о рельефе местности района расположения точек Ц и И содержится в хранящейся в памяти вычислителя матрице высот, каждый элемент
H_ij(i=1,2....,n;j=1,2,...,m)
которой является над уровнем моря точки местности, имеющей широту Ψ_i и долготу λ_j . Дискретность этой матрицы составляет по широте

а по долготе

где Ψ_max, Ψ_min - - максимальная и минимальная широта района, перенесенного на цифровую карту, а λ_max, λ_min - максимальная и минимальная долгота этого района. По введенным в вычислитель значениям широты Ψ_и и долготы λ_и точки И вычисляют те две пары значений аргументов матрицы, внутри которых находятся введенные значения Ψ_и и λ_и
Ψ_к≅ Ψ_и≅ Ψ_к+1,
λ_l≅ λ_и≅ λ_l+1,
где
Ψ_к= ϕ_min+K·ΔΨ,
Ψ_к+1= ϕ_min+(K+1)·ΔΨ,
λ_l= λ_min+l·Δλ,
λ_l+1= λ_min+(l+1)·Δλ.
Используя значения высот Н_kl, Н_(к+1)l, Н_(k+1)(l+1), соответствующие полученным парам значений аргументов матрицы.

Ψ_к,λ_l;
Ψ_к+1,λ_l;
Ψ_к,λ_l+1;
Ψ_к+1,λ_l+1,
и считая изменение высоты между этими значениями линейным, получим

где


По подобному алгоритму вычисляют и высоту H_ц(t) (4) по входным данным Ψ_ц(t),λ_ц(t).
Полученные координаты цели Ψ_ц(t),λ_ц(t), H_ц(t) с помощью радиопередатчика, находящегося в точке И, передают на носитель УО, где принимают излучение этого передатчика и в результате обработки принятого излучения радиопередатчика получают эти координаты цели, которые вводят в вычислитель, установленный на носитель УО. В навигационной системе носителя УО вычисляют широту Ψ_o(t) и долготу λ_o(t) точки О, в которой находится носитель УО в рассматриваемый момент времени t. Кроме того, на носителе УО измеряют высоту H_ор(t) полета УО. Эти значения вводят в вычислитель носителя УО, куда предварительно вводят цифровую карту ЦК2 района, в котором проходит маршрут полета носителя УО. По введенной информации в вычислителе носителя УО вычисляют координаты положения носителя УО относительно цели по следующему алгоритму




X_оц(t) = [Ψ_o(t)-Ψ_ц(t)]·R_з(Ψ_o), (14)

ΔH_оц(t) = H_o(t)-H_ц(t), (16)
H_o(t) = H_op(t) + H_po(t), (17)
H_po(t) = H_po(Ψ_o(t),λ_o(t)), (18)

где
H_poΨ_o(t),λ_o(t)) - алгоритм, подобный рассмотренному выше алгоритму (9);
a=b=0
при
х_оц(t) 0, У_оц(t) 0,
a=b=1 при х_оц(t)< 0, У_оц(t) 0,
a=1, b=0 при х_оц(t) < 0, У_оц(t)<0,
оц(t) 0, У_оц(t) < 0.

С помощью магнитного компаса, установленного на носителе УО, измеряют магнитный азимут К_мн(t) продольной оси носителя УО, а с помощью угломерного устройства измеряют угол А_лв(t) в горизонтальной плоскости между осью визира системы наведения УО и продольной осью носителя УО, а также угол В_лв в вертикальной плоскости между этими направлениями.

С использованием этой информации вычисляют угол А_оцг(t) ориентации в горизонтальной плоскости вектора дальности цель - носитель УО
A_оцг(t) = A_гоц(t)+Δ_o-K_мн(t) (21)
и
угол А_вц(t) в горизонтальной плоскости между вектором дальности цель - носитель УО и осью визира системы наведения УО
А_вц(t) = А_оцг(t) - А_лв(t)
где
Δ_o - угол магнитного склонения в точке 0, вычисляемый на носителе УО по цифровой карте ЦК2, введенной в его вычислитель. В процессе целеуказания по направлению в горизонтальной плоскости разворачивают визир системы наведения УО в сторону уменьшения угла А_вц(t) (22) до нулевого значения, при котором ось этого визира будет направлена на цель.

В вертикальной плоскости на носителе УО с помощью трехстепенного гироскопа измеряют угол В_ов ориентации продольной оси носителя УО относительно горизонтальной плоскости и вычисляют угол В_нц ориентации в вертикальной плоскости вектора дальности носитель УО - цель относительно продольной оси этого носителя
В_нц(t) = В_ов(t) - А_воц(t)
а также угол В_вц между вектором дальности носитель УО - цель и осью визира системы наведения УО в этой плоскости
В_вц(t) = В_нц(t) - В_лв(t)
В процессе целеуказания по направлению в вертикальной плоскости разворачивают визир системы наведения УО в сторону уменьшения угла В_вц (24) до его нулевого значения, при котором ось этого визира будет направлена на цель в рассматриваемой плоскости.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет и в горизонтальной и в вертикальной плоскостях направлять визир системы наведения УО на цель независимо от дальности между носителем УО и целью. Поэтому для целеуказания по направлению системе наведения УО предлагаемым способом не нужно предварительное обнаружение цели экипажем носителя УО, как это требовалось в прототипе. Это обеспечивает существенно более высокое, чем в прототипе, значение дальности между носителем УО и целью в момент обнаружения цели системой наведения УО, что дает возможность применять УО без захода его носителя в зону действия средств ПВО цели.

Устройство, реализующее предложенный способ целеуказания по направлению системе наведения УО, включает элементы, находящиеся в точке И вне цели, и элементы, установленные на носителе УО. В точке И находятся ПССН 1, дальномер 2, МК 3, вычислитель 4 и РП 5, причем первый и второй выходы ПССН 1 связаны соответственно с первым и вторым входами вычислителя 4, выход дальномера 2 связан с третьим входом вычислителя 4, выход МК 3 связан с четвертым входом вычислителя 4, первый, второй и третий выходы которого связаны соответственно с первым, вторым и третьим входами РП 5.

На носителе УО установлены радиоприемник 6, ПССН НУО 7, РВ 8, МК НУО 9, УУ 10, ПК 11, ВНУО 12 и ППВ 13, причем первый, второй и третий выходы радиоприемника 6 связаны соответственно с третьим, четвертым и пятым входами ВНУО 12, первый и второй выходы ПССН НУО 7 связаны соответственно с первым и вторым входами ВНУО 12, выход РВ 8 связан с шестым входом ВНУО 12, выход МК НУО 9 связан с седьмым входом ВНУО 12, первый и второй выходы УУ 10 связаны соответственно с восьмым и девятым входами ВНУО 12, выход ПК 11 связан с десятым входом ВНУО 12, первый и второй выходы которого связаны соответственно с первым и вторым входами ППВ 13.

Работает это устройство следующим образом. Предварительно, т.е. до начала целеуказания, на пятый вход вычислителя 4 подают заданную цифровую карту ЦК1 и запоминают эту информацию в вычислителе 4. Также предварительно на одиннадцатый вход ВНУО 12 подают заданную цифровую карту ЦК2 района, в котором проходит маршрут полета носителя УО, и запоминают эту информацию в ВНУО 12. ПССН 1, дальномер 2, МК 3, вычислитель 4 и РП 5 устанавливают в точке И вне цели. ПССН 1 принимает радиосигналы, излучаемые искусственными спутниками Земли, которые входят в состав системы спутниковой навигации, и на основе этих радиосигналов вычисляют широту Ψ_и и долготу λ_и точки И. Значения Ψ_и и λ_и с выходов ПССН 1 подают на соответствующие входы вычислителя 4 и запоминают в нем. С помощью дальномера 2 измеряют расстояние D между целью и точкой И и с выхода дальномера 2 подают измеренное значение D на третий вход вычислителя 4. С помощью МК 3 измеряют магнитный азимут К_ци цели относительно точки И и с выхода МК 3 подают измеренное значение К_ци на четвертый вход вычислителя 4. С использованием информации, поступающей на его входы, в вычислителе 4 в соответствии с алгоритмом (1)...(9) вычисляют широту Ψ_ц, , долготу λ_{ц u} и высоту H_ц места расположения цели. Эти координаты с соответствующих выходов вычислителя 4 подают на соответствующие входы РП 5, с помощью которого информация о значениях этих координат излучается в пространство. Радиоприемник 6 принимает это излучение РП 5 и обрабатывает его, в результате чего на соответствующих выходах радиоприемника 6 получают значения этих координат цели, которые подают на соответствующие входы ВНУО 12. ПССН НУО 7 принимает радиосигналы, излучаемые искусственными спутниками Земли, которые входят в состав системы спутниковой навигации, и вычисляет широту Ψ_o и долготу λ_o точки 0, в которой находится носитель УО. Значения Ψ_o,λ_o с соответствующих выходов ПССН НУО 7 подают на соответствующие входы ВНУО 12. С помощью РВ 8 измеряют высоту H_ор, которую с выхода РВ 8 подают на шестой вход ВНУО 12. С помощью МК НУО 9 измеряют магнитный азимут К_мн, который с выхода МК НУО 9 подают на седьмой вход ВНУО 12. С помощью УУ 10 измеряют значения углов А_лв и В_лв, которые с соответствующих выходов УУ 10 подают на восьмой и девятый входы ВНУО 12. С помощью ПК 11 измеряют значение угла В_ов, которое с выхода ПК 11 подают на десятый вход ВНУО 12. С использованием информации, поступающей на его входы, в ВНУО 12 в соответствии с алгоритмом (9)...(24) вычисляют значения углов В_вц, А_вц углов ориентации в вертикальной и горизонтальной плоскостях оси визира системы наведения УО. Значения этих углов с соответствующих выходов ВНУО 12 подают на соответствующие входы ППВ 13, который разворачивает визир в сторону уменьшения этих углов до их нулевых значений, при которых ось визира будет направлена на цель.

Источники информации:
1. Максимов М.В., Горгонов Г.И., Радиоэлектронные системы самонаведения. М.: Радио и связь, 1982 , с.48.

2. Лазарев Л.П. Оптико-электронные приборы наведения летательных аппаратов., М.: Машиностроение, 1984, с. 182.

Формула изобретения

Способ целеуказания по направлению системе наведения управляемого объекта, который состоит в том, что разворачивают визир системы наведения управляемого объекта в вертикальной и горизонтальной плоскостях в сторону уменьшения соответствующих углов до их нулевых значений, отличающийся тем, что измеряют расстояние D между целью и некоторой точкой вне цели и магнитный азимут K_ци цели относительно этой точки, определяют широту Ψ_и и долготу λ_и этой точки, вводят значения D, K_ци, Ψ_и, λ_и в установленный в районе этой точки вычислитель, в который предварительно вводят цифровую карту района расположения цели и этой точки, вычисляют широту Ψ_ц, долготу λ_ц и высоту H_ц над уровнем моря места расположения цели и передают эти координаты цели по радиоканалу на носитель управляемого объекта, на этом носителе определяют широту Ψ_o и долготу λ_o его местонахождения, измеряют высоту H_ор его полета над рельефом местности, магнитный азимут K_мн продольной оси этого носителя и угол ориентации В_ов этой оси в вертикальной плоскости, а также углы В_лв и А_лв ориентации соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях оси визира системы наведения управляемого объекта относительно продольной оси его носителя, вводят значения Ψ_ц, λ_ц, Н_ц, H_ор, Ψ_o, λ_o, К_мн, В_ов, В_лв и А_лв в вычислитель носителя управляемого объекта, куда предварительно вводят цифровую карту района, в которой проходит маршрут полета носителя управляемого объекта, вычисляют на носителе углы ориентации в вертикальной и горизонтальной плоскостях вектора дальности носитель - цель и углы А_вц, В_вц ориентации в горизонтальной и вертикальной плоскостях оси визира системы наведения управляемого объекта относительно вектора дальности носитель - цель, нулевые значения которых обеспечивают при развороте визира системы наведения управляемого объекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3