Способ прицеливания

 

Изобретение относится к системам прицеливания и наведения и может быть использовано в прицелах для оружия, а также в геодезических и метрологических приборах. Способ позволяет уменьшить время и повысить точность прицеливания, расширить область применения прицелов. Сущность изобретения заключается в том, что одновременно с первоначально воспринимаемым изображением цели отчетливо воспринимают как минимум еще одно сформированное изображение цели, которое имеет другие характеристики, расположено в пределах 45' от него и не препятствует видению первого изображения цели и по крайней мере части окружающего ее фона. Для окончательной стадии предварительного и затем для точного наведения прицела используют наиболее удобное изображение цели или сочетание изображений. Для этого уменьшают воспринимаемую яркость лишних изображений цели посредством перемещения глаза относительно прицела. Дополнительно сформированное изображение цели получают с помощью телескопической системы, электронно-оптического преобразователя или тепловизионного прибора наблюдения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1.1. Изобретение относится к системам прицеливания и наведения.

1.2. Способ прицеливания в соответствии с предлагаемым изобретением может являться основой использования прицелов различного назначения, таких как охотничьих, спортивных, прицелов для артиллерийско-стрелкового и ракетного оружия, применяемых как в дневное, так и в ночное время, а также основой использования геодезических и метрологических приборов.

2. Уровень техники 2.1. Известен способ прицеливания (патент РФ N 2107878, автор А.Гаврилов), заключающийся в том, что обнаруживают цель и движением головы меняют положение глаза стрелка относительно прицела, посредством чего управляют воспринимаемой яркостью изображения цели.

Данный способ прицеливания признается авторами ближайшим аналогом, прототипом. Заявляемое изобретение, предполагая использование упомянутого способа прицеливания, базируется на нем, развивая его.

2.2. Существенным признаком у аналога является то, что обнаруживают цель, т.е. воспринимают изображение цели, спроецированное хрусталиком зрительного анализатора на сетчатку глаза (очевидно, что глаз при этом может работать и с некоторым оптическим устройством, строящим промежуточное изображение цели, т.е. не непосредственно с целью, просто именно на сетчатку изображение цели проецируется именно хрусталиком).

2.3. Причины, препятствующие получению обеспечиваемого заявляемым изобретением технического результата при использовании аналога, сводятся к следующему.

2.3.1. В аналоге нет подразделения процесса прицеливания на следующие два последовательных во времени акта: на окончательную стадию предварительного наведения и на точное наведение оружия на цель.

Эти два, хотя и связанные решением одной задачи, акта (обычно объединяемых общим понятием прицеливание) все же предполагают использование различных, а порой существенно различных изображений цели, своевременный переход к которым на соответствующей фазе без прерывания процесса прицеливания позволяет значительно снизить затрачиваемое на него время и повысить результативность стрельбы.

2.3.2. В аналоге не предполагается использование наложенных друг на друга изображений отличающихся масштабом или яркостью.

Следует, например, отметить, что в случае наложения на воспринимаемую невооруженным глазом цель ее увеличенного изображения без спектральной селекции (например, как это будет показано ниже) за счет псевдоавтокорреляции в зрительном анализаторе человека совмещенных осевых точек цели будет иметь место эффект повышения обнаружительной способности стрелка, поскольку от осевых точек цели в глаз попадет большее количество света, а при меньшем весе увеличенного изображения цели (т.е., например, при меньших угловых размерах последнего или, например, при более узком его пространственном Фурье-спектре) аппаратная функция рецептивных полей сетчатки подстроится под естественное изображение, воспринимаемое невооруженным глазом (с масштабом, равным единице).

2.3.3. Различные изображения для окончательной стадии предварительного наведения и для точного наведения оружия на цель могут быть получены с использованием различных каналов (т.е. с помощью различных физических устройств), каждый из которых может быть построен оптимально именно для решения задач соответствующей фазы процесса прицеливания, что позволит в конечном итоге существенно упростить конструкцию самого прицела (а следовательно, уменьшить его вес, габариты, стоимость и т. д.) при сохранении высоких эксплуатационных качеств, а в ряде случаев и существенно упростить само оружие с вытекающими последствиями.

Поясним последнее. Так, например, наложение в прицеле двух изображений: одного с масштабом 4,0:1, а другого - 0,5:1, позволит построить простейший по конструкции, но в то же время превосходящий сложные аналоги ракетный комплекс земля - воздух ввиду того, что в канале с увеличением 0,5^х изображение цели будет перемещаться с угловой скоростью в два раза меньшей, нежели при ее естественном рассмотрении, и в восемь (!) раз меньшей, чем в канале с увеличением 4^х, необходимом для точного наведения и/или идентификации цели. Это позволит быстро закончить этап предварительного наведения и перейти к точному, поскольку сложность процедуры отслеживания объекта существенно зависит от его скорости.

3. Сущность изобретения 3.1. Изобретение направлено на решение задач: - уменьшения времени прицеливания; - повышения точности стрельбы; - расширения области возможного применения прицелов в том числе и для автоматического оружия; - упрощения конструкции дневных, ночных и тепловизионных прицелов, прицельных комплексов (прицелов с набором сопутствующих им наблюдательных приборов - телескопических, ночного видения, тепловизионных, радиолокационных и проч. - оптических приспособлений), а также оружия (речь идет об упрощении конструкции, предполагающем соответственно уменьшение трудоемкости их изготовления и проч.); - снижения массы, габаритов и себестоимости прицелов, прицельных комплексов, а также оружия.

Представляемый способ прицеливания призван качественно поменять суть процесса прицеливания и в корне изменить тактико-технические требования как к прицелам, так и к приборам наблюдения, а отчасти и к артиллерийско-стрелковому и ракетному оружию, правда в отношении последнего в весьма незначительной степени.

Сказанное выше также относится к геодезическим и метрологическим приборам.

3.2. Заявляемый технический результат по представляемому изобретению достигается следующим.

В способ прицеливания, заключающийся в том, что воспринимают изображение цели, спроецированное хрусталиком зрительного анализатора на сетчатку глаза, введены следующие отличительные признаки: одним глазом (или двумя глазами) одновременно с упомянутым первым изображением цели отчетливо (резко, однако не обязательно так же, как последнее, но обязательно не переферийным зрением) воспринимают как минимум еще одно наложенное на него с учетом принципа суперпозиции (т. е. словно сложены прозрачные пленки с изображениями части сцены, по которой ведется стрельба, с находящейся на ней целью, - дополнительное изображение не препятствует видению первого изображения цели с окружающим ее фоном, по крайней мере с частью окружающего ее фона) изображение цели, заметно (с точки зрения зрительной картины мира стрелка) отличающееся от первого по характеристикам (по масштабу, яркости, спектру в смысле цвета, пространственному и временному Фурье-спектру и проч. ), либо включаемое упомянутым первым, либо включающим его, либо расположенным в пределах мгновенного углового поля (□1,5^o - 90' - девяносто угловых минут) зрения глаза человека при фиксации его внимания на упомянутое первым изображение цели (речь идет о том, что угловое рассогласование обсуждаемых изображений цели невелико и при начале этапа точного наведения оружия изображение прицельного знака, имеющего конечные размеры, например, типа "перекрестие", по положению которого относительно изображения цели оценивают правильность наведения, пересекается и с первым, и со вторым изображениями, т.е. накладывается и на то, и на другое), не имея с последним области пересечения, при этом последовательно на окончательной стадии предварительного наведения (под начальной стадией предварительного наведения авторы понимают наведение по принципу "указания пальцем") и затем для точного наведения оружия используют наиболее удобное (соответственно с точки зрения именно окончательной стадии предварительного и именно точного наведения) изображение цели (или наиболее удобное сочетание изображений цели, даже если таковых только два), с целью чего, не меняя режимов работы (т.е. не осуществляя манипуляций с органами управления и не прибегая к услугам микропроцессоров) электронных и оптических (т.е. не добавляя и не исключая из оптических схем оптических элементов, т.е. в процессе работы физически не меняя сами схемы) схем прицела и/или используемого(ых) при прицеливании прибора(ов) наблюдения (телескопического, ночного, тепловизионного, радиолокационного и т. д.) или оптического(их) приспособления(ий), уменьшают воспринимаемую яркость иного(ых) ("лишнего") воспринимаемого(ых) изображения(ий) цели (возможно вплоть до полного "выключения"), либо с целью чего просто сосредотачивают внимание на удобном в данный момент решения задачи прицеливания изображении цели (или на упомянутом сочетании), причем без перевода взгляда на удобное изображение цели (поскольку все изображения находятся в зоне внимания, определяемой мгновенным угловым полем зрения, так что переводить взгляд не требуется), а игнорируя остальные, например, как фон.

3.3. В настоящее время в результате анализа всех сведений, общедоступных на территории Российской Федерации, заявителю не известны способы прицеливания, в которых есть признаки, являющиеся отличительными в заявляемом изобретении, то есть данное решение является новым. Заявляемый вариант способа прицеливания имеет изобретательский уровень, так как для специалиста данное техническое решение явным образом не следует из существующего уровня техники. Авторами инициативно были проведены теоретические и экспериментальные изыскания, позволившие выявить отличительные признаки, обеспечивающие достижение вышеуказанного технического результата.

4. Перечень фигур 4.1.1. На фиг. 1 схематично представлен вид сверху на оптическую схему одного из вариантов прицела, позволяющего реализовать заявляемое изобретение. Данный вариант приведен вследствие того, что по мнению авторов на нем наиболее наглядно удается проиллюстрировать заявляемый способ прицеливания.

4.1.2. На фиг. 2 представлен вид сбоку на один из вариантов прицела, позволяющего реализовать заявляемое изобретение.

4.2.1. Фиг. 1 приведена для иллюстрации возможности реализовать заявляемый способ прицеливания.

Объектив телескопической системы Галилея 1 и ее окуляр, состоящий из компонентов 6 и 7, строят увеличенное изображение цели, на которое накладывается изображение материального носителя информации о прицельном знаке 3, даваемое элементом формирования изображения прицельного знака в пространстве объектов прицеливания, состоящего из компонентов 4 и 7. Совмещение изображения цели (луч А) с изображением прицельного знака (луч Б) достигается благодаря использованию зеркала 2 и интерференционного зеркального фильтра 5.

Представленный прицел состоит из целеуказателя, несущего информацию только о направлении прицеливания (поз. 3, 4, 5, 7), и дополнительной оптической системы (поз. 1, 2, 6, 5, 7), которые имеют общие компоненты (5, 7), играющие роль и в формировании изображения прицельного знака, и в построении дополнительного изображения цели.

4.2.2. Фиг. 2 приведена для иллюстрации заявляемого способа прицеливания.

Прицел 8 дает на выходе пучок лучей 9, такой, что при перемещении глаза из центрального положения 11 в крайне верхнее 10 по стрелке В стрелок видит наложенными увеличенное изображение цели и естественное ее изображение (которое строится на сетчатке лучами, идущими поверх прицела), причем контрольные точки обоих изображений совпадают и на них (на контрольные точки) наложено изображение центрального фрагмента прицельного знака, по которому собственно производится прицеливание (т.е., если прицельный знак имеет вид точки, то эта точка и наложена на совпадающие контрольные точки одновременно воспринимаемых изображений цели). В самом же положении 11 стрелок видит лишь увеличенное изображение цели и изображение прицельного знака. В положении 12 видит то же, что и в положении 10, разница здесь заключается лишь в том, что латентно для стрелка учтены поправки на дальность до цели.

Для исключения неверного понимания фигур следует подчеркнуть, что стрелка В на фиг. 2 лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости фиг. 1, что и было отмечено в пп. 4.1.1. и 4.1.2.

5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения 5.1. Авторами в конце 1998 г. был инициативно разработан и изготовлен прицел, схема которого представлена на фиг. 1. С этим прицелом впоследствии был проведен комплекс испытаний, подтвердивший возможность получения представленного в п. 3.1 технического результата.

Особо здесь следует подчеркнуть, что технический результат использования изобретения носит качественный характер, тяжело поддающийся оценке.

5.2. Практическая работа подтвердила возможность осуществления представляемого изобретения.

5.2.1. Одновременная работа и с увеличенным изображением цели, и с воспринимаемым естественно позволила сократить время прицеливания в 4 раза. Действительно, осуществляя предварительное прицеливание (вскидывая оружие), стрелок, до этого работавший с естественно воспринимаемым изображением цели (невооруженным глазом) и имевший широкое поле зрения, на окончательной стадии предварительного наведения оружия уже видел увеличенное изображение цели, причем переход от восприятия только одного изображения цели (естественно воспринимаемого) к восприятию обоих изображений, а затем и к восприятию только другого ее изображения (с оптическим увеличением) происходил плавно без прерывания процесса прицеливания, без потери пусть даже на мгновение из поля зрения самой цели и без перевода взгляда с одной части поля зрения в другую.

Совмещение других по характеру изображений (уменьшенного с естественным, естественного с "тепловизионным", "ночного" с увеличенным, естественного с радиолокационным, а также их иных всевозможных сочетаний в различном количестве) на практике в аспекте апробации заявляемого способа прицеливания не проверялось, авторы ограничились теоретическими и лабораторными исследованиями, показавшими, что во всех случаях, когда данное изображение с учетом его характеристик необходимо в процессе прицеливания его должно накладывать на все иные необходимые, а уже стрелок (пользователь) должен сам решать с учетом конкретных условий фоноцелевой обстановки, с каким именно изображением ему в данный момент удобнее работать для повышения точности поражения цели.

5.2.2. Использование прицела, оптическая схема которого приведена на фиг. 1, в условиях ограничения времени на прицеливание, достаточного для принятия решения о правильном наведении оружия при работе с традиционным оптическим прицелом, имеющим то же оптическое увеличение, что и у апробируемого прицела, предназначенного для реализации заявляемого изобретения, позволило повысить точность стрельбы, что нашло свое отражение в уменьшении в 1,2 раза отклонения средней точки поражения от контрольной точки и в уменьшении в 1,4 раза габарита кучности в сравнении с традиционными оптическими прицелами.

Авторы находят, что этому способствовали обстоятельства, перечисленные в п. 5.2.1.

По отношению к другим сочетаниям изображений следует ожидать столь же оптимистичных результатов.

5.2.3. Работа с прицелом, оптическая схема которого представлена на фиг. 1, показала, что его уверенное использование возможно при существенно более глубоких сумерках, нежели при работе по принципу вынесенного маркера. Речь идет о том, что апробированный прицел, предназначенный для реализации заявляемого способа прицеливания, позволяет стрелку отчетливо видеть объекты, яркость которых приблизительно на порядок меньше пороговой яркости при работе невооруженным глазом.

Из простых геометрических соображений следует, что площадь поперечного сечения световой трубки, по которой пучок лучей от цели попадает в глаз стрелка, определяемая с одной стороны площадью поперечного сечения световой трубки, по которой лучи от цели поступают естественным образом, а с другой стороны площадью поперечного сечения световой трубки, по которой лучи от цели поступают во входной зрачок телескопической системы. Взяв для простоты случай прямоугольной выходной апертуры прицела и предполагая, что разделение непосредственно зрачка глаза происходит краем выходной апертуры пополам, при увеличении телескопической системы, равном 4^х, получаем, что энергетический выигрыш работы с апробированным прицелом составляет 8,5^х, т.е. от осевых точек цели в глаз поступает приблизительно в восемь раз больше света. Следует отметить, что при должной установке глаза относительно прицела и при выборе формы выходной апертуры это число может быть существенно увеличено (механизм учета изменения масштаба, который должен бы был свести на нет увеличение упомянутой выше площади поперечного сечения световой трубки при работе с обычным матричным фотоприемником, а не с глазом человека, приведен в п. 2.3.2).

Последнее замечание позволяет прогнозировать, что учет процедур обработки оптической информации в глазе человека позволит успешно применить заявляемое изобретение и при проектировании прицелов, предназначенных для автоматического оружия.

Следует помнить, что сказанное выше - это всего лишь частный случай, который очевидным образом может быть спроецирован и на ночные, и на тепловизионные, и на иные прицельные устройства (с точки зрения расширения области их возможного применения, естественно, за пределы, определяемые характером самих накладываемых изображений).

5.2.4. Рассмотрение фиг. 1 наглядно показывает, до чего может довести использование заявляемого изобретения в смысле упрощения конструкции прицельных устройств. Разработанный для апробации прицел по предварительным оценкам с учетом некоторых доработок в случае массового выпуска будет иметь трудоемкость порядка 2-х нормочасов (работая с малоосвещенными объектами, доступными для восприятия лишь при использовании приборов ночного видения, прицел, оптическая схема которого представлена на фиг. 1, состоит всего из 3-4-х линз и пары зеркал).

Приложение заявляемого изобретения позволит качественно изменить ситуацию со сложностью конструкций всей гаммы прицелов и с их трудоемкостью.

5.2.5. Снижение массы, габаритов и себестоимости прицелов, прицельных комплексов, а также оружия естественным образом вытекает из сказанного выше.

Возьмем к примеру ночной прицел. Область, в которой локализована цель, как правило, хорошо известна и навестись на нее при любой освещенности фоноцелевой обстановки не представляет никакого труда, работая по принципу вынесенного маркера, а следовательно, угловое поле дополнительного ночного приспособления с электронно-оптическим преобразователем может составлять 1.. .2^o (!). Значит, например, можно соответственно (раз в 10 по сравнению с катодами, применяемыми в ЭОП-ах, используемых в традиционных прицелах) уменьшить площадь катода, применяемого в прицеле, предназначенном для реализации заявляемого изобретения, тогда ночной прицел на ЭОП-ах III поколения будет стоить не 5000 USD, а приблизительно 250 и т.д.

5.3. Из фиг. 2 следует, что, используя заявляемый способ прицеливания, стрелок легко, не прерывая процесса прицеливания, переходит к произвольному изображению цели, наиболее удобному для него при решении конкретного этапа задачи прицеливания.

Простота осуществления перемещения головы относительно прицела или головы с установленными на ней приборами наблюдения относительно целеуказателя, легкость освоения этого движением для выбора требуемого изображения открывают большие перспективы для широкого внедрения заявляемого способа прицеливания.

Последовательность же действий при использовании конкретного варианта исполнения прицела, предназначенного для реализации заявляемого изобретения, оптическая схема которого приведена на фиг. 1, сводится к следующему.

Стрелок (фиг. 2), находясь в положении I или III, воспринимает естественное изображение цели, одновременно с ним стрелок отчетливо воспринимает наложенное на упомянутое первым изображение цели с оптическим увеличением, при этом для окончательной стадии предварительного и затем для точного наведения оружия стрелок использует соответственно естественное и увеличенное изображения цели, с целью чего, перемещая глаз по стрелке А сначала вверх а затем вниз (для положения I) или, наоборот, сначала вниз, а затем вверх (для положения III), стрелок, например, уменьшает воспринимаемую яркость сначала увеличенного, а затем естественного изображений цели, оставляя за собой возможность в случае необходимости мгновенно вернуться к предыдущему изображению, не прервав процесса прицеливания.

5.4. Все вышесказанное указывает на то, что представляемый способ прицеливания позволит в широких пределах оптимизировать эксплуатационные характеристики прицелов, а также геодезических и метрологических приборов.

Значимость заявляемого изобретения не позволяет указать на сколько изменятся конкретные показатели, характеристики и параметры стрельбы, поскольку последние носят предикационный характер.

Формула изобретения

1. Способ прицеливания, заключающийся в том, что воспринимают изображение цели и наводят на нее прицел, отличающийся тем, что одновременно с упомянутым изображением цели отчетливо воспринимают как минимум еще одно сформированное изображение цели, имеющее другие характеристики и расположенное в пределах 45' от него, которое не препятствует видению первого изображения цели и, по крайней мере, части окружающего ее фона, при этом для окончательной стадии предварительного и затем для точного наведения прицела используют наиболее удобное изображение цели или сочетание изображений, для чего уменьшают воспринимаемую яркость лишних изображений цели посредством перемещения глаза относительно прицела либо сосредоточивают внимание на удобном изображении цели или сочетании изображений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что еще одно сформированное изображение цели получают с помощью телескопической системы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что еще одно сформированное изображение цели получают с помощью электронно-оптического преобразователя.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что еще одно сформированное изображение цели получают с помощью тепловизионного прибора наблюдения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2