Способ фокусировки оптики аппаратурных каналов с поэлементным формированием информационного поля

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано для наведения высокоточного, в частности противотанкового оружия. Способ фокусировки оптики аппаратурных каналов с поэлементным формированием информационного поля включает взаимную установку лазера и объектива на расстоянии, при котором обеспечивается максимальный запас по сигналу, при этом лазер и объектив устанавливают в области отрицательной расфокусировки на расстоянии, обеспечивающем максимальное для всех возможных величин расфокусировки значение амплитуды огибающей сигнальных импульсов в точке, удаленной от максимума огибающей сигнальных импульсов на длительность элементарной сигнальной посылки. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и эффективности системы наведения. 3 ил.

 

Изобретение относится к области систем наведения высокоточного, в частности противотанкового, оружия.

К настоящему времени передовыми признаны два типа систем наведения - с самонаведением («Джевелин» - США, «Спайк» - США, Израиль) и с телеориентированием ракеты в луче инжекционного лазера («Корнет» - Россия). Оба названных типа систем обеспечивают поражение танка с высокой вероятностью первым выстрелом.

Преимуществом самонаведения является реализация принципа «выстрелил - забыл» и вследствие этого повышенная выживаемость носителя. Недостатком при этом является чрезвычайно высокая стоимость выстрела (около $250 тыс. против $20 тыс. для комплексов типа «Корнет»). Поэтому комплексы на основе телеориентирования типа «Корнет» имеют хорошую перспективу как массовое высокоточное оружие. Настоящее предложение направлено на совершенствование аппаратуры наведения этого типа комплексов.

Комплексы типа «Корнет» являются полуавтоматическими, их наземная, т.е. расположенная на носителе, аппаратура содержит визир и излучатель (передатчик). Визир служит для обнаружения цели, наложения на нее и удержания прицельной марки. Излучатель служит для формирования оптических сигналов. Сигналы принимаются бортовой (расположенной на ракете) аппаратурой и используются для выработки команд, выводящих ракету на оптическую ось.

Для выработки сигналов, управляющих ракетой, в комплексах типа «Корнет» используется метод телеориентирования, т.е. ориентации ракеты в оптическом поле, формируемом наземной аппаратурой.

При этом для формирования упомянутого оптического поля используется поэлементный метод. Он заключается в том, что полезная, т.е. позволяющая по принятым ракетой сигналам определить координаты ракеты по осям ОХ и ОУ относительно оси прицеливания, информация формируется при помощи импульсного лазера, входящего в состав передатчика. Тело свечения лазера имеет вид полоски длиной 200-400 мкм и шириной около 2 мкм. Излучение лазера, работающего в режиме коротких импульсов длительностью около 100 нс, излучаемых со средней частотой следования 25 кГц, сформировано объективом в полоску - веерообразный луч. Полоска совершает колебательные движения по оси, перпендикулярной ее длинной стороне. Пусть полоска для определенности будет горизонтальной, тогда ее колебания производятся по вертикали.

Второй луч по геометрии и параметрам модуляции аналогичен первому, но формируемая им полоска вертикальна, а колебания (сканирование) осуществляются по горизонтали, т.е. по оси ОХ.

Кодирование сигналов производится следующим образом. Излучение ведут парами («двойками») импульсов. Интервалы времени между импульсами в «двойке» фиксированы для каждой из координат и являются для бортовой аппаратуры признаком принадлежности принятого сигнала той или иной оси координат. Длительность интервала времени между двойками изменяют в процессе движения луча таким образом, что каждой точке картинной плоскости в окрестности оптической оси соответствуют значения параметров модуляции (длительности между «двойками»), однозначно определяющие линейные координаты точки приема, т.е. центра приемной аппаратуры ракеты, относительно центра картинной плоскости и, таким образом, относительно оптической оси. Бортовая аппаратура ракеты принимает сигналы наземной аппаратуры, которые вследствие сканирования лучей по полю зрения являются пачками «двоек» с огибающей колоколообразной формы, разделяет сигналы по осям координат по значениям интервалов времени между импульсами в «двойках», определяет длительности интервалов времени между последовательно следующими «двойками». Затем по длительности интервала времени между двумя «двойками», наиболее близкими по времени к максимуму огибающей, бортовая аппаратура определяет координаты ракеты и вырабатывает команды, приводящие ракету на оптическую ось. Способ формирования сигналов и устройство для его осуществления защищены патентами [1, 2].

Необходимой процедурой настройки наземной аппаратуры является фокусировка оптики излучателя (передатчика) аппаратурного канала, т.е. установка требуемого расстояния вдоль оптической оси между объективом и телом свечения лазера.

Качество фокусировки оптики в значительной степени определяет важный параметр системы наведения - ее энергетический потенциал (запас по сигналу) - максимально допустимое ослабление сигнала средой распространения луча, при котором аппаратура функционирует нормально, т.е. с заданным значением показателей качества, в частности точностью измерения координат. Чем выше энергетический потенциал аппаратурного канала, тем шире диапазон условий, в которых может функционировать система наведения.

Из уровня техники известен способ фокусировки оптики, применяемый, например, в фотографических приборах: пленку или светочувствительную матрицу устанавливают в положение, при котором обеспечивается максимальная резкость изображения (минимальный размер изображения точки). Применительно к лазерному передатчику это означает, что тело свечения лазера устанавливают с наивысшей достижимой точностью в положение, при котором обеспечивается минимальная расходимость луча. В литературе [3] описаны разные методы фокусировки (установки на «бесконечность») оптики, например, объективов коллиматоров. С помощью этих методов сетка (в случае наблюдательных приборов) или тело свечения лазера (в случае фокусировки лазерного передатчика) устанавливаются с наибольшей возможной точностью в фокальную плоскость объектива. При этом достигается минимальная расходимость луча или минимальный размер изображения точки и, соответственно, максимально возможная концентрация энергии на оси луча. В качестве прототипа нами взят широко распространенный способ фокусировки ([4], стр. 10), заключающийся в том, что расстояние между объективом и фотопластинкой или телом свечения лазера выбирают из условия достижения минимального размера изображения точки или в случае фокусировки лазерного передатчика минимальной расходимости луча.

Недостатком прототипа и других известных методов фокусировки является то, что для аппаратуры с поэлементным методом формирования информационного поля описанный метод фокусировки не обеспечивает максимального значения основного показателя качества - энергетического потенциала. Данный недостаток вызван тем, что при поэлементном методе формирования информационного поля для измерения каждого значения любой из двух координат необходимо принять и обработать не один импульс, а некоторую совокупность импульсов, т.е. сигнальную посылку, длительность которой существенно превышает длительность одиночного импульса. Так, для описанного выше способа кодирования для определения одного значения координаты необходимо измерить интервалы времени между импульсами в каждой «двойке», что позволяет определить наименование координаты (горизонт или вертикаль), а также измерить интервал времени между «двойками», непосредственно определяющий значение координаты. Таким образом, минимальный отрезок сигнала, в котором содержится информация о координате луча, т.е. элементарная сигнальная посылка ЭСП составляет две соседние «двойки»: Вследствие этого реальный энергетический потенциал определяется амплитудой минимального импульса в посылке из двух «двоек», ближайших по времени к моменту, соответствующему максимуму огибающей.

Решаемая настоящим предложением проблема заключается в поиске технического решения, обеспечивающего повышение энергетического потенциала аппаратурного канала.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества системы наведения, в частности расширение диапазона условий применения: система нормально функционирует при более сильных ослаблениях сигнала по сравнению с прототипом.

Данный технический результат достигается за счет предложенного метода фокусировки оптики излучателя, включающего взаимную установку лазера и объектива на оптической оси в области отрицательной расфокусировки на расстоянии, выбранном из условия обеспечения максимального значения амплитуды сигнальных импульсов в точке, удаленной от максимума огибающей сигнальных импульсов на длительность элементарной сигнальной посылки.

Из результатов выполненных авторами теоретических исследований и экспериментов следует, что при фокусировке оптики аппаратурного канала выбранного типа для достижения максимального энергетического потенциала и, следовательно, для устранения отмеченного недостатка расстояние между объективом и лазером следует выбрать таким, при котором обеспечивается максимальная для всех значений расфокусировки величина амплитуды огибающей не в точке максимума, а на удалении по временной оси от максимума огибающей, равном длительности ЭСП (при описанном выше способе кодирования - амплитуде четвертого импульса ЭСП). При этом, в отличие от прототипа, расфокусировка имеет ненулевое значение, а освещенность на оси луча не максимальна.

По знаку расфокусировку целесообразно взять отрицательной, т.е. такой, при которой лазер смещен к объективу относительно фокальной плоскости. При этом, в отличие от случая положительной расфокусировки, луч лазера на выходе из объектива имеет ненулевую положительную расходимость, т.е. расширяется. При этом, в отличие от положительной расфокусировки, в пространстве перед объективом передатчика отсутствует плоскость, в которой луч сфокусирован «идеально», а значит, для этой плоскости энергетический потенциал не максимален.

Сущность предложения поясняется чертежами, на которых схематически изображены эпюры сигналов, принимаемых бортовой аппаратурой или ее имитатором, используемым при разной степени расфокусировки оптики передатчика в процессе настройки. При проходе луча по полю зрения вдоль одной из осей координат, пусть для определенности это ось ОХ, сигнал представляет собой группу импульсов, которые изображены в виде толстых линий, нумерованных цифрами 1-10. Огибающая имеет колоколообразную форму и показана тонкой линией. Для упрощения чертежа и облегчения понимания принято, что максимум огибающей совпадает с моментом начала отсчета по времени (t=0), при этом на чертежах показана только правая половина пачки. Интервалы Тх между импульсами в паре («двойке) определяют принадлежность сигнала той или иной оси координат (в данном случае оси ОХ). Интервалы Тк между двойками определяют линейное отклонение оси луча на программной дальности (принято для определенности, что речь идет об отклонении по курсу) от нулевого положения по оси ОХ. Как отмечено выше, для определения координаты ракеты необходимо принять, как минимум, две двойки, поэтому элементарная сигнальная посылка (ЭСП) представлена на каждом рисунке в виде двух «двоек» (четыре толстые линии). Начало и конец ЭСП совпадают соответственно с первым и четвертым импульсами. Энергетический запас канала пропорционален амплитуде М4 четвертого импульса. На фигурах 1-3 схематически изображены сигналы, принимаемые бортовой аппаратурой при разной степени расфокусировки:

фиг. 1 - Идеальная, т.е. соответствующая способу, выбранному в качестве прототипа, фокусировка. Лазер установлен в фокальной плоскости объектива, расфокусировка Δ равна нулю, энергетический потенциал, определяемый амплитудой четвертого импульса М4, снижен по сравнению с максимальным, соответствующим оптимальной расфокусировке значением;

фиг. 2 - Оптимальная, т.е. предлагаемая фокусировка. Лазер установлен на расстоянии от объектива, обеспечивающем максимальную амплитуду четвертого импульса, величина расфокусировки оптимальна (Δ=Δопт), М4 имеет максимальное значение из возможных при разных расфокусировках);

фиг. 3 - Чрезмерная, превышающая оптимальную расфокусировка, значение Δ превышает Δопт, энергетический потенциал, определяемый амплитудой М4, снижен по сравнению с максимальным, соответствующим оптимальной расфокусировке значением.

Заявленный способ осуществляется следующим образом. Лазерный передатчик устанавливают на оптической скамье перед высококачественным объективом, например объективом из комплекта оптической скамьи ОСК-2. В фокальной плоскости этого объектива располагают диафрагму, имитирующую входной зрачок бортовой аппаратуры. За диафрагмой располагают фотоприемник, сигналы которого наблюдают на экране осциллографа. Включают передатчик и, перемещая его объектив вдоль оптической оси, добиваются минимальной ширины пачки. Затем, контролируя амплитуду четвертого импульса, перемещают объектив передатчика в направлении лазера, вводя таким образом отрицательную расфокусировку, находят положение, при котором амплитуда импульса, совпадающего с концом элементарной сигнальной посылки, т.е. четвертого импульса, отсчитываемого от максимума огибающей, имела максимальное значение, после чего закрепляют объектив.

Литература

1. Патент №2100745, «Способ формирования оптического поля для телеориентирования управляемых объектов и устройство для его осуществления.

2. Патент №2123166, «Устройство для формирования оптического поля для телеориентирования управляемых объектов».

3. Афанасьев В.А. Оптические измерения. - М., Недра, 1968, стр. 131, абз. 4.

4. Шульман М.Я. Автоматическая фокусировка оптических систем. - Л., Машиностроение. Ленингр. отделение, 1990. - 224 с.: ил. ISBN 5-217-00920-9.

Способ фокусировки оптики излучателей аппаратурных каналов с поэлементным формированием информационного поля, включающий взаимную установку лазера и объектива на оптической оси, отличающийся тем, что лазер и объектив устанавливают в области отрицательной расфокусировки на расстоянии, выбранном из условия обеспечения максимального значения амплитуды сигнальных импульсов в точке, удаленной по времени от максимума огибающей сигнальных импульсов на длительность элементарной сигнальной посылки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к военной технике, а именно к тренажерам для обучения расчетов использованию комплексов топопривязки и навигации в условиях боевого применения.

Изобретение относится к системам управления, в частности к ракетной технике с головками самонаведения, и может использоваться в комплексах управляемого вооружения, расположенных на воздушных носителях.

Предлагаемая группа изобретений относится к военной технике, в частности к системам управляемого оружия с лазерными полуактивными головками самонаведения (ЛПГСН).

Изобретение относится к противолодочным боеприпасам. Боеприпас содержит систему запуска и разделения, тормозной отсек, парашют, поплавок, корректируемый подводный снаряд, корпус противолодочного боеприпаса, электронный блок обработки сигналов, рулевое устройство, боевую часть, взрывательное устройство, излучающую антенну системы коррекции траектории подводного снаряда, излучающую антенну для работы дежурного канала в активном режиме, позволяющую определить параметры движения подводной цели и факт вхождения ее в зону наведения подводного снаряда, приемные антенны, используемые как для функционирования системы коррекции траектории подводного снаряда, так и для работы дежурного канала в активном режиме, позволяющем определить параметры движения подводной цели и факт вхождения ее в зону наведения снаряда на подводную цель, приемную антенну для работы дежурного канала в пассивном режиме, обеспечивающем возможность определения направления на цель и факт ее приближения к зоне наведения подводного снаряда на подводную цель, двигатель для перемещения подводного снаряда в направлении подводной цели, система коррекции траектории которого на время работы двигателя принимает отраженные от цели зондирующие импульсы или, при отсутствии таковых, эхо-сигналы дополнительного излучателя другого подводного снаряда, дополнительный излучатель эхо-сигналов, работающий в активном режиме, в случае, если подводная цель на момент излучения зондирующих импульсов находится в зоне наведения подводного снаряда, позволяющих определять направление на подводную цель для других подводных снарядов, в зоне наведения которых отсутствует подводная цель, невозвратный клапан, гибкую связь, стропы парашюта.
Способ поражения удаленной групповой цели ракетами стаи, при котором дополнительно организуют радиолинию связи между двумя ракетами, выпущенными с временным интервалом, рассчитываемым исходя из складок местности, скорости полета ракет и дальности, обеспечивающей устойчивую радиосвязь между ними, формируют общую линию связи между всеми ракетами стаи, используя радиолинии связи между парами ракет, кодируют и передают «по цепочке» на следующие позади ракеты информацию о прохождении установленных участков маршрута, выявленных средствах ПВО, начале атаки назначенной цели, наведении на нее и поражении, полученную информацию обрабатывают в бортовой системе управления каждой ракеты и при необходимости корректируют маршрут, производят перенацеливание и сообщают «по цепочке» на другие ракеты и пункт управления.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в системах наведения телеуправляемых ракет. Технический результат - снижение потребной перегрузки ракеты, динамической ошибки наведения с обеспечением требуемых углов встречи ракеты с целью и расширение условий применения телеуправляемой ракеты.

Изобретение относится к военной технике, в частности к способам наведения снарядов. Способ наведения на подводную цель группы корректируемых подводных снарядов соответствующих противолодочных боеприпасов включает сбрасывание противолодочных боеприпасов в заданные точки приводнения, обеспечение заданной скорости полета каждого противолодочного боеприпаса, зависание на заданной глубине после приводнения в заданной точке и отделение одного из корректируемых подводных снарядов от корпуса противолодочного боеприпаса.

Изобретение относится к области стрельбы и управления огнем артиллерии, а именно к стрельбе и управлению огнем артиллерии при стрельбе высокоточными боеприпасами с закрытой огневой (стартовой) позиции.

Изобретение относится к гирокоординаторам головок самонаведения, используемых в системах управления ракет и артиллерийских управляемых снарядов. В гирокоординаторе головки самонаведения управляемого ракетного и артиллерийского вооружения, содержащем корпус, ротор на внутреннем кардановом подвесе, во внутренней рамке которого размещены оптическая система и приемник излучения, основание карданова подвеса, установленное в корпусе с возможностью поворота и продольного перемещения упругим элементом сжатия-кручения, на заднем торце основания установлена втулка с выступом и пазом, контактирующая выступом с ограничительной поверхностью, выполненной во фланце, закрепленном на задней стенке корпуса, фиксатор, в нем на выступе втулки со стороны, направленной к ограничительной поверхности, в направлении поворота выполнен уступ, а на ограничительной поверхности, контактирующей с выступом в направлении поворота, выполнен паз, расстояние до которого от опорной плоскости ограничительной поверхности в продольном направлении равно перемещению основания карданова подвеса при разарретировании за вычетом высоты уступа в продольном направлении.

Изобретение относится к способу определения условия возможного пуска беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Для определения возможности пуска с помощью первого пользовательского интерфейса вводят координаты цели, количество и координаты пунктов перемены маршрута, курс стрельбы, угол подхода к цели, угол целеуказания, признак и размер цели, тип топлива, скорость ветра, отображают текущие параметры носителя, через равные промежутки времени в вычислительном модуле носителя рассчитывают точку предполагаемого начала поиска цели, время выхода БПЛА на рубеж атаки, вероятность захвата цели активной радиолокационной головкой самонаведения, минимальную и максимальную дальность использования БПЛА, способ обнаружения цели, суммарную траекторию полета БПЛА до цели, необходимое количество топлива, которые отражают на экране второго пользовательского интерфейса носителя, выводят на экран с помощью третьего пользовательского интерфейса диаграмму отображения траектории полетного задания БПЛА, цель, пункты перемены маршрута, траекторию полета БПЛА, зону неопределенности положения цели, точку начала поиска цели, радиус рубежа атаки, угол прокачки антенны, передают в БПЛА полетное задание и дают разрешение на пуск при условии вхождения параметров в пределы заданных диапазонов.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается оптического прицела системы управления огнем. Прицел включает в себя визирный и обзорный каналы, канал наведения и устройство выверки, включающее в себя регуляторы выверки оптических осей канала наведения и визирного канала.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и касается оптического прицела системы наведения управляемого снаряда. Прицел содержит соосно установленные визир и прожектор.

Способ телеориентации движущихся объектов включает формирование ортогонального растра построчным, прямым и встречным реверсивным сканированием лазерного пучка с дублированием прямого сканирования, между которыми выдерживают в каждой строке заданные временные задержки при гашении излучения.

Изобретение относится к военной технике, преимущественно к тактическим и оперативно-тактическим комплексам управляемого ракетного оружия (УРО) с баллистическими (аэробаллистическими) и высотными крылатыми ракетами.

Группа изобретений относится к области систем наведения снарядов. Способ стрельбы снарядом, управляемым по лучу лазера, включает измерение дальности до цели и ввод измеренного значения Dц в наземную систему управления, сравнение измеренной дальности до цели Dц с хранящимся в памяти наземной системы управления значением дальности Dmin, допускающим введение превышения оси луча относительно линии визирования цели, установку превышения при выполнении условия Dц>Dmin, запуск управляемого снаряда, полет снаряда в луче с превышением над линией визирования цели до момента времени, установленного в наземной системе управления в соответствии с измеренной дальностью до цели, и совмещение оси луча с линией визирования цели.

Изобретение относится к области военной техники и касается способа засветки оптико-электронных приборов малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА).

Изобретение относится к оптическим прицелам систем наведения управляемых объектов и может быть использовано в системах управления огнем противовоздушной обороны.

Изобретение относится к военной технике и может найти применение при изготовлении наземных передвижных ракетных комплексов с крылатыми ракетами средней дальности.

Изобретение относится к технике оптического приборостроения и касается устройства имитации инфракрасного излучения наземных объектов. Устройство содержит микрозеркальный матричный сканирующий узел, инфракрасный излучатель, набор линз и зеркал, объективы, приводы объективов, переключатель объективов и систему наведения.

Изобретение относится к системам наведения ракет и может быть использовано в комплексах ПТУР и ЗУР. Способ стрельбы ракетой, управляемой по лучу лазера, включает измерение дальности до цели и ввод измеренного значения в наземную систему управления, установку начального превышения Y0 оси луча относительно линии визирования цели, запуск управляемой ракеты, подъем оси луча до максимального превышения Ymax относительно линии визирования цели, полет ракеты на максимальном превышении до момента времени, установленного в наземной системе управления в соответствии с измеренной дальностью до цели, и совмещение оси луча с линией визирования цели.

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано для наведения высокоточного, в частности противотанкового оружия. Способ фокусировки оптики аппаратурных каналов с поэлементным формированием информационного поля включает взаимную установку лазера и объектива на расстоянии, при котором обеспечивается максимальный запас по сигналу, при этом лазер и объектив устанавливают в области отрицательной расфокусировки на расстоянии, обеспечивающем максимальное для всех возможных величин расфокусировки значение амплитуды огибающей сигнальных импульсов в точке, удаленной от максимума огибающей сигнальных импульсов на длительность элементарной сигнальной посылки. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и эффективности системы наведения. 3 ил.

Наверх