Способ стрельбы боевой машины по высокоскоростной цели и система для его осуществления

 

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, в частности к защите боевой машины (БМ) от средств воздушного нападения (СВН), например, с помощью пулеметных (пушечных) установок. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности стрельбы боевой машины по воздушной цели путем повышения ее точности. Сущность изобретения заключается в том, что через время, не меньшее времени наблюдения (t ≥ T_н) от момента взятия цели на сопровождение, прогнозируют дальность до цели как функцию дальности, скорости сближения при последнем достоверном замере дальности, параметров относительного движения линии визирования, скорости БМ, частоты дальнометрирования и количества недостоверных замеров и производят анализ количества достоверных замеров m из числа произведенных n на времени наблюдения T_н, а перед вычислением угловых поправок определяют скорость сближения цели с БМ по одному из трех математических выражений в зависимости от результатов произведенных замеров дальности. Устройство определения углов упреждения вычислительной системы (ВС) дополнительно содержит устройство определения дальности D и скорости сближения а также блоки расчета скорости сближения по соответствующим трем математическим выражениям. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области вооружения и военной техники, в частности к защите боевой машины (БМ) от средств воздушного нападения (СВН), например, с помощью пулеметных (пушечных) установок.

Анализ литературы показывает, что существует способ стрельбы БМ, заключающийся в обнаружении и опознавании цели, визуальном определении скорости, ракурса и дальности до цели, выборе точки визирования на кольцах сетки прицела в соответствии с ракурсной скоростью цели, стрельбе по воздушной цели /1/.

Для реализации этого способа на БМ, в частности танках, существует подсистема защиты БМ от СВН, включающая коллиматорный прицел, наводчика, механизм наведения, крупнокалиберные зенитные пулеметы /1/.

Недостатком вышеприведенного способа и реализующей его подсистемы является низкая эффективность стрельбы по воздушным целям, обусловленная большими погрешностями глазомерного способа определения дальности до цели и ракурсной скорости цели.

В /2/ представлен способ защиты самолетов-бомбардировщиков от атакующих целей, заключающийся в поиске (обнаружении), захвате целей на сопровождение, сопровождении цели прицельно-навигационной системой с выдачей необходимых параметров в бортовой вычислитель, определении угловых поправок стрельбы с отработкой их силовым приводом пулеметной (пушечной) установки (ПУ) и стрельбе по цели.

Недостатком приведенного способа является сложность прицельного алгоритма, представляющего собой систему восьми нелинейных уравнений, что приводит к трудностям (или даже невозможности) реализации его даже на современных бортовых цифровых вычислительных машинах (ЦВМ). Предлагаемые тем же /2/ далее упрощенные зависимости прицельного алгоритма, предназначенные для реализации на аналогичных вычислителях, вносят большие методические ошибки, неприемлемые для БМ.

Другие существенным недостатком, возникающим при решении вышеописанной системы нелинейных уравнений, является влияние и взаимовлияние каналов (следящих систем).

Существует способ зенитной стрельбы, реализованный в немецком ПУАЗО К-35 /3/, заключающийся в поиске и обнаружении целей, взятии их на сопровождение, сопровождении и определении угловых поправок стрельбы, стрельбе с учетом их по цели.

В /2/ представлена система огневой защиты, содержащая обзорно-прицельную, навигационную системы, бортовую вычислительную систему, определяющую угловые поправки стрельбы, силовые привода установки, пулеметную (пушечную) установку.

Недостатком вышеописанного способа и реализующей его системы является следующий. Допущения, сделанные при выводе прицельного алгоритма, приводят к большим систематическим ошибкам в выработке, упреждений, а следовательно, и к значительному снижению эффективности стрельбы по СВН.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ защиты БМ от СВН, заключающийся в обнаружении и опознавании целей, взятии их на сопровождение, сопровождении и определении скорости сближения цели с носителем, вычислении абсолютной начальной скорости снаряда V₀₁ из математического выражения /8/, нахождения полетного времени снаряда t_пол и упрежденной дальности D_у из математических выражений, определении угловых поправок стрельбы из математических выражений /8/.

Известная система огневой защиты, выбранная в качестве прототипа заявляемой системы, содержит обзорно-прицельную, навигационную системы, бортовую вычислительную систему, включающую в свой состав, в частности, устройство определения углов упреждения, содержащее блок формирования угла упреждения Δβ, блок формирования угла упреждения Δε блок формирования упрежденной дальности D_у, блок формирования полетного времени t_пол, блок формирования абсолютной начальной скорости V₀₁ и блок формирования скорости сближения а также силовые привода установки и пулеметную (пушечную) установку /8/.

Недостатком этого способа и реализующей его системы является отсутствие гибкого способа формирования скорости сближения позволяющего, с одной стороны, использовать возможное повышение частотности дальномера и связанную с этим возможность повышения точности стрельбы, а, с другой стороны, позволяющего учесть возможность срывов при дальнометрировании и изменение реальной частотности дальнометрирования.

Это приводит либо к неполному использованию информации, поступающей с дальномера (способ двух точек, по "установленной" скорости) и, соответственно, к снижению точности стрельбы, либо к возможности срывов стрельбы при ухудшении условий сопровождения (из-за вибраций в процессе стрельбы, маневра цели, шумовых помех и т.п.) при более сложных способах формирования скорости сближения (например, дифференцирующие фильтры высокого порядка).

Задачей предлагаемого способа и реализующей его системы является повышение эффективности стрельбы БМ по высокоскоростной, в частности воздушной цели, путем повышения точности стрельбы и надежности функционирования системы.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе защиты БМ, заключающемся в обнаружении и опознавании целей, взятии их на сопровождение, сопровождении цели, определении скорости сближения цели с носителем, вычислении абсолютной начальной скорости снаряда, полетного времени и упрежденной дальности из математических выражений /8/, определении угловых поправок стрельбы, постоянном отклонении с учетом их стволов ПУ относительно линии визирования и стрельбе по цели, согласно изобретению через время, не меньшее времени наблюдения T_н (t > T_н) от момента взятия цели на сопровождение прогнозируют дальность до цели как функцию дальности и скорости сближения при последнем достоверном замере дальности, параметров относительного движения линии визирования, скорости БМ, частоты дальнометрирования и количества недостоверных замеров и производят анализ значений угловой скорости линии визирования и количества достоверных замеров m из числа произведенных n на времени наблюдения T_н, а перед вычислением угловых поправок определяют скорость сближения цели с БМ из первого математического выражения при начальных условиях где несглаженные значения соответственно дальности и скорости сближения, м, м/с; сглаженные значения скорости сближения, м/с; Δt шаг дискретизации, с; (при фиксированном времени наблюдения Δt = T_н/l), ) T_н - время наблюдения, с; l - порядок дифференцирующего фильтра, (l ≥ 2); c_kⁱ - биноминальные коэффициенты, (при i > k c_kⁱ = 0), k = 1, 2, ..., l, m = 0, 1, ..., l,
b_j, a_r - коэффициенты сглаживающего фильтра, j = 0, 1 ... S, r = 1, 2 .. . P
при выполнении условия

где δ, δ^доп - соответственно систематическая ошибка, возникающая при экстраполяции дальности и допустимая (заданная) систематическая ошибка;
ω_YD, ω_ZD - угловые скорости линии визирования соответственно в горизонтальном и вертикальном каналах, рад/с;
ω^g - допустимое (заданное) значение угловой скорости, рад/с;
из второго математического выражения

T'_н = t[j]-t[i],
где D[j], t[j] - дальность и время последнего достоверного на T_н замера, м, с;
D[i], t[i] - дальность и время первого достоверного на T_н замера, м, с;
T'_н - интервал времени между последним t[j] и первым t[i] на T_н замерами, с,
при выполнении условия

где T_н^доп - допустимое значение времени наблюдения, с, из третьего математического выражения

где D[j], ω_YD[j], ω_ZD[j] - дальность до цели(м) и угловые скорости (рад/с) соответственно в горизонтальном и вертикальном каналах на момент последнего достоверного замера.

V_ц - скорость цели, априорно задаваемая оператором по типу цели, м/с,
в остальных случаях при m ≠ 0.

Поставленная задача достигается тем, что в известной системе огневой защиты БМ от СВН, содержащей обзорно-прицельную, навигационную системы, бортовую вычислительную систему, включающую устройство определения углов упреждения Δβ, Δε, а также силовые привода установки и пушечную установку, согласно изобретению в устройство определения углов упреждения дополнительно введено устройство определения дальности D и скорости сближения содержащее последовательно соединенные блок анализа количества удачных замеров, блок расчета дальности, блок анализа систематической ошибки δ, блок анализа времени наблюдения T'_н, блок расчета скорости сближения по третьему математическому выражению, при этом первые выходы блока анализа систематической ошибки δ и блока анализа времени наблюдения T'_н соединены соответственно с первым входом блока расчета скорости сближения по первому математическому выражению и со входом блока расчета скорости сближения по второму математическому выражению, выходы которых, а также выход блока расчета скорости сближения по третьему математическому выражению соединены со входом устройства определения угловых поправок ВС, второй и третий входы блока расчета дальности соединены соответственно с первым и вторым выходами блока удачного замера, а четвертый его вход - с первым выходом устройства определения дальности и скорости сближения, второй выход блока расчета дальности соединен со вторым входом устройства расчета угловых поправок, вход блока удачного замера соединен с выходом лазерного дальномера, а второй выход блока удачного замера - со входом ВС; второй выход блока анализа количества удачных замеров соединен со вторым входом блока расчета скорости сближения по первому математическому выражению, третий его выход соединен с первым входом блока анализа времени наблюдения T'_н, четвертый его выход - со вторым входом блока расчета скорости сближения по третьему математическому выражению, пятый его выход соединен с устройством разрешения стрельбы, а шестой его выход соединен с третьим входом блока анализа времени наблюдения T'_н.

Блок расчета дальности выполнен в виде последовательно соединенных первого косинусного преобразователя, первого, второго и третьего множительных устройств, первого и второго сумматоров, первого квадратора, пятого сумматора, блока извлечения корня, последовательно соединенных пятого и шестого множительных устройств, третьего сумматора, второго квадратора, последовательно соединенных второго синусного преобразователя, седьмого, восьмого и девятого множительных устройств, последовательно соединенных десятого и одиннадцатого множительных устройств, четвертого сумматора с инверсным первым входом, третьего квадратора, причем второй вход первого множительного устройства соединен с выходом второго косинусного преобразователя, вход которого, а также входы первого косинусного преобразователя, первого и второго синусных преобразователей соединены с выходами прицельно-навигационной системы, второй вход второго сумматора соединен с выходом четвертого множительного устройства, первый вход которого соединен с первым выходом устройства определения дальности D и скорости сближения а второй вход первого сумматора - с выходами блока удачного замера, первые входы пятого и десятого множительных устройств соединены с выходами прицельно-навигационной системы, а вторые входы пятого и десятого множительных устройств соединены с выходами блока удачного замера, второй вход третьего сумматора соединен с инверсным выходом девятого множительного устройства, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом тринадцатого множительного устройства, первый вход которого соединен с выходом двенадцатого множительного устройства, первый вход которого соединен с выходом первого синусного преобразователя, первый вход седьмого множительного устройства соединен с выходом первого косинусного преобразователя, второй и третий входы пятого сумматора соединены соответственно с выходами второго и третьего квадраторов, вторые входы третьего, четвертого, шестого, девятого, одиннадцатого и тринадцатого множительных устройств соединены с задатчиком дискретности дальномера, вторые входы второго, восьмого и двенадцатого множительных устройств соединены с выходами прицельно-навигационной системы.

Блок расчета скорости сближения по первому математическому выражению выполнен в виде последовательно соединенных первого множительного устройства, первого и второго сумматоров, третьего множительного устройства, третьего сумматора, причем второй вход первого сумматора соединен с выходом второго множительного устройства, вход которого соединен со вторым выходом первого запоминающего устройства, вход которого, а также вход первого множительного устройства соединен с выходом блока расчета дальности, второй вход второго сумматора соединен с первым выходом первого запоминающего устройства, второй вход третьего сумматора соединен с выходом четвертого множительного устройства, вход которого соединен с выходом второго запоминающего устройства, вход которого соединен с выходом третьего сумматора.

Блок расчета скорости сближения по третьему математическому выражению выполнен в виде последовательно соединенных первого множительного устройства, первого квадратора, первого и второго сумматора с инверсным входом и блока извлечения квадратного корня, причем второй вход первого сумматора соединен с выходом второго квадратора, вход которого соединен с выходом второго множительного устройства, первый вход которого, а также первый вход первого множительного устройства соединен с выходом блока расчета дальности, а вторые входы первого и второго множительных устройств соединены с выходами соответственно первого и второго запоминающих устройств, входы которых соединены с выходами прицельно-навигационной системы, а второй вход второго сумматора соединен с выходом третьего квадратора, вход которого соединен с задатчиком "установленной" скорости цели.

Блок расчета скорости сближения по первому математическому выражению (2-й вариант) выполнен в виде последовательно соединенных первого множительного устройства, первого, второго и третьего сумматоров, пятого множительного устройства, четвертого сумматора, причем второй вход первого сумматора соединен с инверсным выходом второго множительного устройства, вход которого соединен с первым выходом первого запоминающего устройства, вход которого, а также вход первого множительного устройства соединен с выходом блока расчета дальности, второй вход второго сумматора соединен с выходом третьего множительного устройства, вход которого соединен со вторым выходом первого запоминающего устройства, второй вход третьего сумматора соединен с инверсным выходом четвертого множительного устройства, вход которого соединен с третьим выходом первого запоминающего устройства, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом шестого множительного устройства, вход которого соединен с выходом второго запоминающего устройства, вход которого соединен с выходом четвертого сумматора.

Именно определенные с помощью устройства определения скорости сближения и дальности D значения D и обеспечат согласно способу наибольшую точность и эффективность стрельбы по высокоскоростной цели при существующей структуре системы управления БМ и тем самым достижение цели изобретения.

Сопоставительный анализ заявляемых решений с прототипами показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что одновременно с сопровождением цели вычисляют с дискретностью дальнометрирования текущую дальность до цели D как функцию дальности D и скорости сближения при последнем дискретном замере и параметров относительного движения линии визирования, скорости БМ V_н частоты дальнометрирования f и количества недостоверных замеров k, например, из математического выражения

где τ = t-t_j - интервал времени между текущим временем (импульсом дальнометрирования) и последним достоверным замером τ = k/f,
k - число недостоверных замеров, б/р.

Во многих случаях это выражение можно существенно упростить, например, при V_н << V_ц

при сопровождении цели вдали от параметра

или при выполнении обоих вышеприведенных условий

При этом в вычислительную систему (ВС) на устройство определения угловых поправок поступает значение дальности либо непосредственно с лазерного дальномера, если текущий замер D[n] был удачный (достоверный), либо с блока расчета дальности, если текущий замер неудачный (в БМП-3 в этом случае на табло высвечивается "9999"). Следует заметить, что приоритет отдается приборному значению D[n] перед экстраполированным (вычисленным).

На каждом новом замере (шаге) дальности производят анализ количества достоверных замеров m из числа произведенных n на предварительно выбранном времени наблюдения T_н и сравнение угловой скорости линии визирования с заданным (пороговым) значением ω^g, см. фиг. 1, 2.

Экспериментальные данные, в частности /3/, показывают что процесс сопровождения воздушной цели оптическим каналом по угловым координатам представляет собой случайный процесс, чаще нестационарный в смысле среднеквадратического отклонения.

При этом время наблюдения T_н - время, на котором производится дифференцирование и осреднение по случайному параметру, обычно выбирается предварительно из различных соображений /3, стр. 142-145/.

Ввиду ограниченного поля зрения (угловых размеров) дальномерного канала, например, лазерного луча, существует возможность выброса лазерного пятна за контур цели, что приводит к сбою в процессе поступления информации в ВС. Другими словами, при сопровождении воздушной цели определяющими являются ошибки сопровождения цели оптическим каналом, реализуемым прибором наводчика. При этом вероятность получения нескольких сбоев подряд зависит от спектрального состава ошибок углового сопровождения.

Даже если в обычных (штатных) условиях обеспечивается высокая стабильность работы лазерного дальномера, встроенного в оптический канал комбинированного прибора наводчика (см. фиг. 3), по разным причинам условия сопровождения цели оптическим каналом могут существенно ухудшиться:
- при стрельбе длинными очередями малокалиберной пушки,
- при стрельбе с ходу,
- при маневрировании цели,
- при постановке противником оптических помех, см. фиг. 4.

Поэтому на скользящем времени наблюдения T_н на каждом замере дальности необходимо производить анализ количества достоверных замеров. И в зависимости от этого принимается решение о переходе на тот или иной вариант определения скорости сближения
До сих пор в состав СУО БМ (БМП, танки и т.п.) в отличие от зенитных и авиационных систем входят низкочастотные (лазерные) дальномеры. Например, в БМП-3 дальнометрирование производится раз в 2 сек, т.е. с частотой f = 0,5 Гц.

И скорость сближения в этом случае вычисляют по зависимости

где D₁, D₂ - значения измеренной дальности в моменты времени t₁ и t₂,
Δt - интервал времени между замерами
Δt = t₂-t₁.
Однако в настоящее время наметилась тенденция перехода на высокочастотные дальномеры, обусловленная, с одной стороны, необходимостью стрелять по высокоскоростным, например воздушным целям, а с другой стороны, развитием техники.

При наличии дальномера с частотой замера f≥ 5 - 10 Гц можно существенно повысить точность определения скорости сближения используя более полную информацию о дальности и соответственно более сложные способы формирования не увеличивая время наблюдения.

Проведенные исследования показали, что при использовании дифференциальных фильтров высокого порядка^* (l≥2) методическая ошибка дифференцирования очень невелика: от десятков см для l = 2 до долей см при l =3 (до сглаживания). А уровень случайных ошибок при этом возрастает в несколько раз по сравнению с вариантом двух точек:
с = 7 м/с (при T_н=1 с и σ_D = 5 м) до 25 - 52 м/с при l = 2-3 (до сглаживания), см. фиг. 5.

После сглаживания появляются систематические ошибки (до нескольких метров) при снижении уровня случайных ошибок до 9 - 18 м/с (l = 2-3).

Характер изменения систематической ошибки показывает, что ее величина пропорциональна величине угловой скорости ω линии визирования (см. фиг. 6, 7).

Примечание^*. Под дефференциальным фильтром высокого порядка l здесь понимается число конечных разностей, используемых при аппроксимации производной I-го порядка
Тогда при сопровождении цели на больших дальностях вдали от параметра до достижения угловой скоростью допустимого значения ω = ω^g целесообразно использовать вариант двух точек по 2-му математическому выражению, а при ω > ω^g осуществлять выбор способа формирования исходя из количества достоверных замеров на T_н.

Для дифференцирующего фильтра 2-го порядка, l = 2 (общий вид фильтратов см. п. 1 формулы изобретения) и апериодического сглаживающего фильтра можно записать /4,5/


при начальных условиях
где соответственно несглаженная и сглаженная скорость сближения, м/с,
b - коэффициент сглаживания, б/р,
L - число точек между выборками,
T_н - время наблюдения, с.

Для дифференцирующего фильтра 3-го порядка, l= 3 и апериодического сглаживающего фильтра можно записать /4,5/


при н.у.
Проведенные исследования показали, что повышать порядок фильтра выше l=3 нецелесообразно, т. к. систематическая ошибка дифференцирования уже при l=2 мала, а случайные ошибки при переходе на более высокий порядок фильтра существенно возрастают, см. фиг. 5.

Однако при увеличении ошибок сопровождения высока вероятность срыва дальнометрирования из-за ухода лазерного пятна с контура цели.

Переход же при m≠n на использование при расчете экстраполированных значений дальности D допустим на ограниченное время τ = t_g прогнозирования, поскольку накапливается систематическая ошибка δ (см. фиг. 4). Величина δ зависит от времени запаздывания t_з и условий сопровождения цели (D,β,ε,ω_β,ω_ε),
δ = δ(t_з,D,β,ε,ω_β,ω_ε),
t_з=k/f,
где k - число недостоверных замеров (расположенных подряд),
f - частота дальнометрирования, Гц.

В случае превышения систематической ошибкой δ допустимого значения δ^доп приходится переходить на способ определения по двум замерам (фильтр I-го порядка)

где D_i - значение дальности при первом на T_н достоверном замере, м,
D_j - значение дальности при последнем на T_н достоверном замере, м
T'_н = t_j-t_i.

Однако такой переход приводит к существенному снижению точности определения вследствие систематических ошибок (см. фиг. 6) и, соответственно, к снижению эффективности стрельбы в 1,5 - 2 раза в зависимости от условий пролета (см. фиг. 9).

Следует заметить, что при этом величина T'_н не должна быть меньше некоторого допустимого значения T_н^доп и находится из соотношения
T'_н<T^доп,

где σ_D - среднеквадратическое отклонение (С.К.О.) определения дальности D,
допустимое значение С.К.О. определения скорости сближения
В случае, если (T'_н<T^доп) и (m=2...n-1) или если m=1 приходится переходить на наиболее грубый вариант определения - по "установленной" скорости. Однако при этом точность определения снижается даже по сравнению со вторым вариантом расчета (по двум точкам) в несколько раз (см. фиг. 8).

Таким образом, предлагаемая логика формирования скорости сближения является наиболее рациональным способом в условиях неполной информации (срывов в поступлении информации), позволяющим наиболее эффективно использовать поступающую информацию и обеспечить наименьшее снижение точности определения и, соответственно, эффективности стрельбы, а в некоторых случаях и предотвратить срывы в процессе стрельбы.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипами позволяет установить соответствие критерию "новизна".

Анализ известных способов стрельбы по высокоскоростным целям в данной области техники не позволил выявить в них совокупность признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа.

Отдельные операции, входящие в заявляемый способ, широко известны. Однако при их введении в способ в указанной последовательности (связи) по предлагаемым соотношениям достигается желаемый эффект -повышение эффективности стрельбы по высокоскоростным целям.

При изучении технических решений в других областях техники признаки, отличающие заявляемое изобретение - систему стрельбы по высокоскоростным целям, также не были выявлены.

Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемых решений критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг. 1, 2 представлена логика формирования (1) и отображающая ее структурная схема устройства определения дальности D и скорости сближения (2); каждая фигура на двух листах.

I - блок анализа количества удачных замеров m из n произведенных и угловой скорости линии визирования, 2 - блок удачного замера, 3 - блок расчета дальности, 4 - блок анализа времени наблюдения T'_н, 5 - блок анализа систематической ошибки δ, 6 - блок расчета скорости сближения по третьему математическому выражению, 7 - блок расчета скорости сближения по второму математическому выражению, 8 - блок расчета скорости сближения по первому математическому выражению, 9 - устройство расчета угловых поправок стрельбы Δβ, Δε, 10 - вычислительная система.

На фиг. 3 приведены в качестве примера площадь цели и ошибки углового сопровождения цели оптическим каналом от упрежденной дальности при пролете цели на высоте H = 500 м и параметре P = 500 м относительно носителя:
S_ц -площадь цели типа самолет F-16,
σ_{β сопр}, σ_{ε сопр} - С.К.О. ошибок сопровождения соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам,
m_β, m_ε - математическое ожидание ошибок сопровождения соответственно по горизонтальному и вертикальному каналам.

На фиг. 4 в качестве примера приведены систематические ошибки δβ, δε от курсовой дальности при экстраполяции положения цели на время t_з = 1 и 2 c. Эти погрешности возникают за счет разнесенности момента измерения дальности и момента выстрела и обусловлены неточным прогнозированием дальности - динамическим отставанием по скорости сближения
На фиг. 5, 6 представлены соответственно случайные и систематические ошибки определения скорости сближения для I-го и 2-го математических выражений.

1 - 2-е математическое выражение (по двум точкам), l=1,
2 - 1-е математическое выражение - дифференцирующий фильтр 2-го порядка,
l = 2, сглаживающий фильтр-апериодическое звено,
3 - 1-е математическое выражение - дифференцирующий фильтр 3-го порядка,
l = 3, сглаживающий фильтр - апериодическое звено, варианты 1, 2.

На фиг. 7 представлены зависимости систематических ошибок-проекции промаха в картинной плоскости m_y, m_z от упрежденной дальности D_y по 2-му математическому выражению определения (по двум замерам, T_н =2 с, f = 0,5 Гц) и по 1-ому математическому выражению определения дифференциально-сглаживающий фильтр 2-го порядка, T_н = 1 c, f = 6 Гц.

Анализ графиков показывает, что характер и значения систематических ошибок отслеживает динамику угловых скоростей линии визирования. При пролете цели на P = 1000 м,
H = 1000 м величина систематической ошибки по горизонтальному каналу составляет на границе зоны поражения (D_у последнего выстрела 1970 м) соответственно m_z = 2,0 м для f = 0,5 Гц и 1,1 м для f = 6 Гц, разница составляет почти два раза.

При этом необходимо отметить, что систематическая ошибка при расчете по 1-му математическому выражению (фильтр l≥2) в основном возникает за счет сглаживания
На фиг. 8 построены случайные ошибки определения угловых поправок σ_Δβ, σ_Δε для сравнения двух вариантов определения скорости сближения
по "установленной" скорости цели v_ц(σ_vц= 25 м/с) (3-й способ) и при вычислении ее по двум замерам дальности при 10 м/с (2-й способ).

Следует заметить, что в этом случае при и при σ_D= 5 м и T_н = 1 с 7 м/с.

Из фиг. 8 видно, что только за счет увеличения числа замеров с одного до двух с интервалом между ними Δt = 0,7 - 1 с можно снизить ошибки определения угловых поправок σ_Δβ, σ_Δε в 2 - 3 раза на эффективных дальностях стрельбы. Так, на курсовой дальности D_к = 1,5 км σ_Δβ снижается с 3,0 до 1,2 мрад.

На фиг. 9 представлена зависимость вероятности поражения цели типа самолет А-16 при различной частотности дальнометрирования F = 0,5 - 20 Гц (и, соответственно, вариантах определения при p = 500 м, H = 500 м.

Предполагалось, что стрельба производится малокалиберной пушкой очередями по 20 выстрелов с интервалами 2 с. Основные исходные данные: начальная скорость снаряда
V_о = 960 м/с, баллистической коэффициент C = 0,12 м²/кгс, темп стрельбы N = 350 выстр/мин, скорость цели
V_ц = 200 м/с, скорость носителя V_н = 10 м/с.

Анализ фиг.9 показывает, что вероятность поражения цели за пролет для f = 0,5 Гц (двукратный замер дальности с интервалом между ними T_н = 2 с) составляет W_Σ= 0,34. А уже для f = 6 Гц (растет - с помощью диф. фильтра 2-го порядка и сглаживающего апериодического фильтра) вероятность поражения цели за пролет W_Σ= 0,78.

Другими словами, переход от расчета по 1-му математическому выражению ко 2-му и повышение частотности f приводит к снижению вероятности поражения цели W_Σ почти в три раза.

На фиг. 10 представлена структурная схема блока расчета дальности.

На фиг. 11 представлена структурная схема блока расчета скорости сближения по первому математическому выражению (вариант 1, диф. фильтр 2-го порядка).

На фиг. 12 представлена структурная схема блока расчета скорости сближения по третьему математическому выражению (по "установленной" скорости цели).

На фиг. 13 представлена структурная схема блока расчета скорости сближения по первому математическому выражению (вариант 2, диф. фильтр 3-го порядка).

Для подтверждения технической реализуемости заявляемого способа (и системы для его осуществления) ниже приведен пример работы.

После взятия на сопровождение воздушной цели типа самолет (или вертолет) из обзорно-прицельной системы (ОПС) в вычислительную систему (ВС) поступают непрерывно сигналы об углах визирования цели β и ε и угловых скоростях ω_β, ω_ε соответственно в двух плоскостях прицельной системы координат, а также дискретные замеры дальности D с лазерного дальномера (входящего в состав ОПС). С навигационной системы в ВС поступают также данные о носителе: скорость носителя, угла тангажа, крена и т.п.

Предварительно в ВС вводятся данные об оружии (например, либо в виде таблиц стрельбы, либо в виде таблиц аппроксимирующих коэффициентов), а также данные о внешней среде (плотность и температура воздуха, скорость продольного и поперечного ветра и т.п.).

Для заявляемого способа (и устройства) должно быть предусмотрено введение в случае необходимости с пульта управления оператором так называемой "установленной" скорости цели V_ц^уст.

Кроме того, перед стрельбой для дальномера данной частотности необходимо предусмотреть введение порогового (допустимого) значения угловой скорости линии визирования ω^g, максимально допустимого числа пропусков при измерении дальности, распложенных подряд (или допустимой систематической ошибки δ^доп) для определения по 1-му математическому выражению, а также минимально допустимый интервал между зачетными (используемыми для расчета) дальностями для определения дальности T_н^доп, по 2-му математическому выражению.

На основании полученной информации в устройстве определения углов упреждения Δβ и Δε рассчитываются кинематические поправки, обусловленные движением цели и носителя, а в ВС вычисляются остальные поправки (угол прицеливания, деривации и т.п.).

Далее комбинация выработанных поправок по каждому из каналов поступает на входы силового привода (стабилизатора), который в каждый момент времени разворачивает стволы ПУ в нужном направлении.

Предлагаемое устройство определения дальности D и скорости сближения входящее в состав устройства определения углов упреждения Δβ и Δε, работает следующим образом.

После взятия цели на сопровождение и принятия решения о стрельбе в течение времени наблюдения T_н производится накопление (запоминание) информации о дальности в виде T_н·f замеров дальности.

При этом в блоке удачного замера 2 производится анализ достоверного замера дальности D: в случае удачного (достоверного) замера измеренное значение текущей дальности поступает непосредственно с дальномера в ВС, в противном случае для ВС и для других расчетов внутри самого устройства используется расчитанное в блоке расчета дальности значение текущей дальности по зависимостям, приведенным ранее в описании.

Одновременно в блоке анализа количества удачных замеров m из числа произведенных n на времени наблюдения T_н и угловой скорости линии визирования реализуется логика разветвления процесса.

Если обе проекции угловой скорости меньше заданного значения (ω_YD< ω^доп)∩(ω_ZD< ω^доп), то независимо от числа достоверных замеров m, если только m≠0, m≠1, следует проверить время наблюдения T'_н T'_н > T_н^доп. При выполнении этого условия скорость сближения рассчитывается по 2-му математическому выражению при невыполнении (T'_н < T_н^доп - по 3-му.

Если хотя бы одна из скоростей больше заданного значения ω^доп(ω_YD> ω^доп)∪(ω_ZD> ω^доп), то начинается анализ количества достоверных замеров на T'_н.

Если все m замеров удачные, то скорость сближения однозначно вычисляется по 1-му математическому выражению с помощью фильтра l-го порядка (устройство для l = 2 см пункт 4, для l = 3 - пункт 6 формулы изобретения) и далее поступает в устройство расчета угловых поправок Δβ, Δε (блок расчета упрежденной дальности) ВС.

Если число удачных замеров m = 3... n-1, то в блоке анализа систематической ошибки δ производится дальнейший анализ: а сколько недостоверных замеров расположено подряд или каково время экстраполирования (запаздывания) t_з. Это делается для оценки получаемой систематической ошибки δ из-за t_з при помощи заранее просчитанных кривых, см. фиг. 3.

При δ < δ^доп (или числа пропусков в измерении D меньше заданного) рассчитывается значение в блоке 8 (по 1-му математическому выражению), которое затем поступает в блок 9 ВС.

В противном случае (δ > δ^доп), а также в случае выявления в блоке анализа достоверных замеров m = 2 в блоке анализа наблюдения (T'_н > T_н^доп) оценивается, как далеко по времени отстоят друг от друга первый D_i и последний D_j замеры. И если (T'_н > T_н^доп), где T'_н = t_j - t_i, то в блоке расчета скорости сближения по 2-му математическому выражению вычисляется значение, которое затем поступает в блок 9 ВС.

В противном случае, при (T'_н < T_н^доп), а также в случае, когда в блоке анализа количества удачных замеров 1 выявлено, что m = 1, значение рассчитывается в блоке расчета скорости сближения по 3-му математическому выражению (6) и поступает в ВС.

При отсутствии удачных замеров (m = 0) сигнал поступает на внешнее устройство разрешения стрельбы.

В пунктах 3 - 6 формулы изобретения описаны варианты реализации на типовых элементах блока расчета дальности, блоков расчета скорости сближения по 1-му (2 варианта) и 3-му математическим выражениям (см. фиг. 7 - 10).

Схемы состоят из известных устройств типа: множественное устройство (МУ), сумматор (СУМ) и т.п., примеры реализации которых (схемы набора на элементах) широко приведены в соответствующей специальной литературе, например /6, 7/.

Использование заявляемого способа и реализующего его устройства обеспечит по сравнению с существующими следующие преимущества.

1. Повышается точность стрельбы БМ по высокоскоростным, в частности, воздушным целям за счет более рационального использования поступающей с прицельно-навигационного комплекса информации от цели.

2. Уменьшается возможность срыва процесса стрельбы и сопровождения цели.

3. Обеспечивается возможность сохранения существующей структуры системы управления БМ, что дает значительную экономию средств и времени.

4. Предлагаемый способ универсален для любой частотности дальномера.

Источники информации
1. Уч. "Теория стрельбы из танков" под ред. Н.И.Романова, М., Академия бронетанковых войск им. маршала Малиновского Р.А. 1972, стр. 315 - 328.

2. Р. В.Мубаракшин, В.М.Балуев, Б.В.Воронов "Прицельные системы стрельбы", 4.1, М. Издание ВВИА им. проф. М.Е.Жуковского, 1973 стр. 96 - 97, 78 - 90.

3. Л. Н.Преснухин, Л.А.Серебровский, Д.В.Юдин "Основы теории и проектирования приборов управления", М., Оборонгиз, 1960, стр. 200 - 201.

4. В. А. Иванов, А.С. Ющенко "Теория дискретных систем автоматического управления", М., "Наука", 1983, стр. 156 - 159.

5. В. А. Бесекрский, В.А.Изранцев "Системы автоматического управления с микроЭВМ", М., изд. "Наука", 1987, стр. 199 - 202.

6. Е.А.Архангельский, А.А.Знаменский и др. "Моделирование на аналоговых вычислительных машинах", Ленинград, изд. "Энергия", 1972, стр. 105 - 119.

7. Е.Д. Горбацевич, Ф.Ф.Левинзон "Аналоговое моделирование систем управления", М., изд. "Наука", 1984 г.

8. Патент России N 2087832. Бюллетень N 23 от 20.08.97 ги

Формула изобретения

1. Способ стрельбы боевой машины (БМ) по высокоскоростной цели, включающий обнаружение и опознавание цели, взятие ее на сопровождение, сопровождение и определение скорости сближения цели с носителем, вычисление абсолютной начальной скорости снаряда V_ol из математического выражения, нахождение полетного времени снаряда t_пол и упрежденной дальности D_у из математических выражений, определение угловых поправок стрельбы Δβ, Δε из математических выражений, отличающийся тем, что через время, не меньшее времени наблюдения Т_н (t≥T_н) от момента взятия цели на сопровождение, прогнозируют дальность до цели как функцию дальности и скорости сближения при последнем достоверном замере дальности, параметров относительного движения линии визирования, скорости БМ, частоты дальнометрирования и количества недостоверных замеров и производят анализ значений угловой скорости линии визирования и количества достоверных замеров m из числа произведенных n на времени наблюдения Т_н, а перед вычислением угловых поправок определяют скорость сближения цели с БМ из первого математического выражения


при начальных условиях

где несглаженные значения соответственно дальности и скорости сближения, м, м/с;
сглаженные значения скорости сближения, м/с;
Δt - шаг дискретизации, с, (при фиксированном времени наблюдения Δt = T_н/l);
Т_н - время наблюдения, с;
l - порядок дифференцирующего фильтра, б/р;
биномальные коэффициенты, Сⁱ_к = ki/li(k-i)i (при i>k Cⁱ_к=O); к = 1,2...l; i = a, 1 ...l;
b_j, a_r - коэффициенты сглаживающего фильтра, j = 0, 1 ...S; r = 1, 2 ... P,
при выполнении условия

где δ, δ^доп - соответственно систематическая ошибка, возникающая при экстраполяции дальности и допустимая (заданная) систематическая ошибка;
ω_YA, ω_ZA - угловые скорости линии визирования соответственно в горизонтальном и вертикальном каналах, рад/с;
ω^g - допустимое (заданное) значение угловой скорости, рад/с;
из второго математического выражения

T'_н = t[j] - t[i],
где D[j], t[j] - дальность и время последнего достоверного на Т_н замера, м,с;
D[i], t[i] - дальность и время первого достоверного на Т_н замера, м, с;
Т^'_н - интервал времени между последним t[j] и первым t[i] на Т_н замерами, с,
при выполнении

где Т^доп_н - допустимое значение времени наблюдения, с; из третьего математического выражения

где D[j], ω_YA[j], ω_ZA[j] - дальность до цели (М) и угловые скорости (рад/с) соответственно в горизонтальном и вертикальном каналах на момент последнего достоверного замера;
V_ц - скорость цели, априорно задаваемая оператором по типу цели, м/с,
а в остальных случаях при m≠0.

2. Система стрельбы боевой машины (БМ) по высокоскоростной цели, содержащая обзорно-прицельную, навигационную системы, бортовую вычислительную систему (ВС), включающую в свой состав, в частности, устройство определения углов упреждения Δβ, Δε, а также силовые приводы установки и пулеметную (пушечную) установку, отличающаяся тем, что в устройство определения углов упреждения вычислительной системы (ВС) дополнительно введено устройство определения дальности D и скорости сближения содержащее последовательно соединенные блок анализа количества удачных замеров, блок расчета дальности, блок анализа систематической ошибки δ, блок анализа времени наблюдения Т^'_н, блок расчета скорости сближения по третьему математическому выражению из способа по п.1 при этом первые выходы блока анализа систематической ошибки δ и блок анализа времени наблюдения Т^'_н соединены соответственно с первым входом блока расчета скорости сближения по первому математическому выражению из способа по п.1 и со входом блока расчета скорости сближения по второму математическому выражению способа по п.1, выходы которых, а также выход блока расчета скорости сближения по третьему математическому выражению из способа по п. 1 соединены со входом устройства определения угловых поправок ВС, второй и третий входы блока расчета дальности соединены соответственно с первым и вторым выходами блока удачного замера, а четвертый его вход - с первым выходом устройства определения дальности и скорости сближения, второй выход блока расчета дальности соединен со вторым входом устройства расчета угловых поправок, вход блока удачного замера соединен с выходом лазерного дальномера, а второй выход блока удачного замера - со входом ВС; второй выход блока анализа количества удачных замеров соединен со вторым входом блока расчета скорости сближения по первому математическому выражению из способа по п. 1, третий его выход соединен с первым входом блока анализа времени наблюдения Т>_н, четвертый его выход - со вторым входом блока расчета скорости сближения по третьему математическому выражению из способа по п.1, пятый его выход соединен с устройством разрешения стрельбы, а шестой его выход соединен с третьим входом блока анализа времени наблюдения Т^'_н.

3. Система стрельбы боевой машины (БМ) по высокоскоростной цели по п.2, отличающаяся тем, что блок расчета дальности выполнен в виде последовательно соединенных первого косинусного преобразователя, первого, второго и третьего множительных устройств, первого и второго сумматоров, первого квадратора, пятого сумматора, блок извлечения корня, последовательно соединенных пятого и шестого множительных устройств, третьего сумматора, второго квадратора, последовательно соединенных второго синусного преобразователя, седьмого, восьмого и девятого множительных устройств, последовательно соединенных десятого и одиннадцатого множительных устройств, четвертого сумматора с инверсным первым входом, третьего квадратора, причем второй вход первого множительного устройства соединен с выходом второго косинусного преобразователя, вход которого, а также входы первого косинусного преобразователя, первого и второго синусных преобразователей соединены с выходами прицельно-навигационной системы, второй вход второго сумматора соединен с выходом четвертого множительного устройства, первый вход которого соединен с первым выходом устройства определения дальности и скорости сближения, а второй вход первого сумматора соединен с выходами блока удачного замера, первые входы пятого и десятого множительных устройств соединены с выходами прицельно-навигационной системы, вторые входы пятого и десятого множительных устройств соединены с выходами блока удачного замера, второй вход третьего сумматора соединен с инверсным выходом девятого множительного устройства, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом тринадцатого множительного устройства, первый вход которого соединен с выходом двенадцатого множительного устройства, первый вход которого соединен с выходом первого синусного преобразователя, первый вход седьмого множительного устройства соединен с выходом первого косинусного преобразователя, второй и третий входы пятого сумматора соединены соответственно с выходами второго и третьего квадраторов, вторые входы третьего, четвертого, шестого, девятого, одиннадцатого и тринадцатого множительных устройств соединены с задатчиком дискретности дальномера, вторые входы второго, восьмого и двенадцатого множительных устройств соединены с выходами прицельно-навигационной системы.

4. Система стрельбы БМ по высокоскоростной цели по п.2, отличающаяся тем, что блок расчета скорости сближения по первому математическому выражению из способа по п.1 выполнен в виде последовательно соединенных первого множительного устройства, первого и второго сумматоров, третьего множительного устройства, третьего сумматора, причем второй вход первого сумматора соединен с выходом второго множительного устройства, вход которого соединен со вторым выходом первого запоминающего устройства, вход которого, а также вход первого множительного устройства соединен с выходом блока расчета дальности, второй вход второго сумматора соединен с первым выходом первого запоминающего устройства, второй вход третьего сумматора соединен с выходом четвертого множительного устройства, вход которого соединен с выходом второго запоминающего устройства, вход которого соединен с выходом третьего сумматора.

5. Система стрельбы БМ по высокоскоростной цели по п.2, отличающаяся тем, что блок расчета скорости сближения по третьему математическому выражению из способа по п.1 выполнен в виде последовательно соединенных первого множительного устройства, первого квадратора, первого и второго сумматора с инверсным входом и блока извлечения квадратного корня, причем второй вход первого сумматора соединен с выходом второго квадратора, вход которого соединен с выходом второго множительного устройства, первый вход которого, а также первый вход первого множительного устройства соединен с выходом блока расчета дальности, а вторые входы первого и второго и множительных устройств соединены с выходами соответственно первого и второго запоминающих устройств, входы которых соединены с выходами прицельно-навигационной системы, второй вход второго сумматора соединен с выходом третьего квадратора, вход которого соединен с задатчиком "установленной" скорости цели.

6. Система стрельбы БМ по высокоскоростной цели по п.2, отличающаяся тем, что блок расчета скорости сближения по первому математическому выражению из способа по п.1 выполнен в виде последовательно соединенных первого множительного устройства, первого, второго и третьего сумматоров, пятого множительного устройства, четвертого сумматора, причем второй вход первого сумматора соединен с инверсным выходом второго множительного устройства, вход которого соединен с первым выходом первого запоминающего устройства, вход которого, а также вход первого множительного устройства соединен с выходом блока расчета дальности, второй вход второго сумматора соединен с выходом третьего множительного устройства, вход которого соединен со вторым выходом первого запоминающего устройства, второй вход третьего сумматора соединен с инверсным выходом четвертого множительного устройства, вход которого соединен с третьим выходом первого запоминающего устройства, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом шестого множительного устройства, вход которого соединен с выходом второго запоминающего устройства, вход которого соединен с выходом четвертого сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13