Оптический прицел системы наведения управляемого снаряда

Изобретение относится к оптическим системам наведения управляемых снарядов и может быть использовано в системах управляемого оружия с телеориентацией в луче лазера. Оптический прицел содержит установленные соосно визир и прожектор, включающий в себя два инжекционных лазера, излучающие области которых расположены перпендикулярно осям измеряемых координат, систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось, последовательно установленные на этой оси оптический сканер в виде вращающейся призмы и панкратический объектив, при этом ось вращения призмы совмещена с оптической осью объектива, а также непрозрачную шторку, установленную на оправу вращающейся призмы, два оптронных датчика, установленных неподвижно параллельно одной из измеряемых координат, причем в плоскости, перпендикулярной оптической оси прожектора, угол между линиями, соединяющими каждый из датчиков с осью вращения призмы, составляет 90°. Выходы первого и второго оптронных датчиков подключены соответственно к входам первой и второй схем задержки, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам схемы "исключающее ИЛИ", а также к первому и второму входам постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), выход схемы "исключающее ИЛИ" подключен к первым входам счетчика времени и коммутатора каналов, выход счетчика времени подключен к третьему входу ПЗУ, выход которого подключен к первому входу преобразователя код-время, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора и вторым входом счетчика времени, а выход преобразователя код-время подключен к второму входу коммутатора каналов, выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго лазеров. Прицел снабжен счетчиком циклов сканирования, выход которого подключен к четвертому входу постоянного запоминающего устройства, а счетный вход подключен к выходу второй схемы задержки. Реализация изобретения позволяет повысить точность наведения управляемого объекта за счет изменения траектории полета снаряда в зависимости от времени полета снаряда. 4 ил.

 

Изобретение относится к оптическим системам наведения управляемых снарядов и может быть использовано в системах управляемого оружия с телеориентацией в луче лазера.

Известен оптический прицел системы наведения управляемого снаряда [1], содержащий установленные соосно визир и прожектор, включающий в себя два инжекционных лазера, излучающие области которых расположены перпендикулярно осям измеряемых координат, систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось, последовательно установленные на этой оси оптический сканер в виде вращающейся призмы и панкратический объектив, при этом ось вращения призмы совмещена с оптической осью объектива, а также шторку, установленную на оправу вращающейся призмы, выполненную в виде непрозрачного сектора с углом разворота 180°, стороны которого проходят через ось вращения призмы и развернуты относительно плоскости наклона граней призмы на угол а в направлении вращения сканера, а радиус сектора обеспечивает перекрытие осей двух оптронных датчиков, установленных неподвижно параллельно одной из измеряемых координат, причем в плоскости, перпендикулярной оптической оси прожектора, угол между линиями, соединяющими каждый из датчиков с осью вращения призмы, составляет 90°, при этом выходы первого и второго оптронных датчиков подключены соответственно к входам первой и второй схем задержки, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам схемы "исключающее ИЛИ", а также соответственно к первому и второму входам ПЗУ, выход схемы "исключающее ИЛИ" подключен к первым входам счетчика времени и коммутатора каналов, выход счетчика времени подключен к третьему входу ПЗУ, выход которого подключен к входу преобразователя код-время, выход которого подключен ко второму входу коммутатора каналов, при этом вторые входы счетчика времени и преобразователя код-время подключены к выходу опорного генератора, а первый и второй выходы коммутатора каналов подключены соответственно к входам первого и второго лазеров.

Существенным недостатком данного оптического прицела является недостаточная точность наведения управляемого снаряда в широком диапазоне дальностей стрельбы. Это связано с тем, что при старте ракеты ее скорость минимальна и перегрузок, создаваемых рулевым приводом, недостаточно для удержания управляемого снаряда на линии визирования, что может приводить к "провисанию" управляемого снаряда и, как следствие этого, к ухудшению точности попадания или даже к потере управляемого снаряда.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение точности наведения управляемого снаряда за счет изменения траектории полета снаряда в зависимости от времени полета.

Поставленная цель достигается тем, что в оптический прицел системы наведения управляемого снаряда, содержащий установленные соосно визир и прожектор, включающий в себя два инжекционных лазера, излучающие области которых расположены перпендикулярно осям измеряемых координат, систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось, последовательно установленные на этой оси оптический сканер в виде вращающейся призмы и панкратический объектив, при этом ось вращения призмы совмещена с оптической осью объектива, а также непрозрачную шторку, установленную на оправу вращающейся призмы, два оптронных датчика, установленных неподвижно параллельно одной из измеряемых координат, причем в плоскости, перпендикулярной оптической оси прожектора, угол между линиями, соединяющими каждый из датчиков с осью вращения призмы, составляет 90°, при этом выходы первого и второго оптронных датчиков подключены соответственно к входам первой и второй схем задержки, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам схемы "исключающее ИЛИ", а также к первому и второму входам постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), выход схемы "исключающее ИЛИ" подключен к первым входам счетчика времени и коммутатора каналов, выход счетчика времени подключен к третьему входу ПЗУ, выход которого подключен к первому входу преобразователя код-время, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора и вторым входом счетчика времени, а выход преобразователя код-время подключен к второму входу коммутатора каналов, выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго лазеров, введен счетчик циклов сканирования, выход которого подключен к четвертому входу постоянного запоминающего устройства, а счетный вход подключен к выходу второй схемы задержки.

Введение счетчика циклов сканирования с соответствующими связями позволяет смещать центр поля управления, формируемого прожектором, от линии визирования прицела в зависимости от времени полета снаряда.

На фиг.1 приведена структурная схема оптического прицела системы наведения.

На фиг.2 приведены зависимости величин формируемых команд в зависимости от времени и направления сканирования (длительности пар импульсов на выходе преобразователя код-время).

На фиг.3 приведены смещения центра поля управления прожектора относительно линии визирования в процессе полета снаряда в зависимости от времени полета управляемого снаряда по одной из координат.

На фиг.4 приведен сигнал на выходе преобразователя код-время.

Оптический прицел системы наведения содержит визир 1, прожектор 2, включающий в себя два инжекционных лазера 3 и 4, систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось 5, оптический сканер 6, призму 7, панкратический объектив 8, непрозрачную шторку 9, два оптронных датчика 10 и 11, первую и вторую схемы задержек 12 и 13, схему "исключающее ИЛИ" 14, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 15, счетчик времени 16, коммутатор каналов 17, преобразователь код-время 18, опорный генератор 19 и счетчик числа циклов сканирования 20. Цифровые схемы (ПЗУ, счетчики, коммутаторы и логические элементы) могут быть выполнены, например, на основе однокристальной микроЭВМ типа АТ89С52 или на жесткой логике, например, на базе ПЛИС.

Работает прицел следующим образом.

Вращающаяся призма 7 совершает нутационное сканирование плоскими лучами лазеров 3 и 4 по формируемому полю, радиус которого на дальности управляемого объекта поддерживается постоянным за счет изменения фокусного расстояния панкратического объектива 8. При этом в ходе вращения призмы шторка 9 производит последовательное прерывание в оптронных датчиках 10 и 11. Комбинация сигналов на выходах которых определяет направление сканирования каждого плоского луча по формируемому полю. Данные сигналы поступают после прохождения схем задержек 12 и 13, соответственно на первые и вторые входы ПЗУ 15 (эти входы определяют направление сканирования) и схемы "исключающее ИЛИ" 14, на выходе которой формируется сигнал, определяющий работу канала курс (включен первый лазер 4 - сигнал лог.1) или канала тангаж (включен второй лазер 3 - сигнал лог.0). Кроме того, сигнал с выхода второй схемы задержки поступает на счетный вход счетчика циклов сканирования, на выходе которого формируется код, пропорциональный времени полета управляемого снаряда, т.к. число циклов сканирования пропорционально времени полета снаряда, который поступает на четвертые адресные входы постоянного запоминающего устройства (определяет страницу ПЗУ, т.е. с какой длительности импульсов необходимо начать сканирование). От момента каждой смены состояния сигнала на выходе схемы "исключающее ИЛИ" 14 счетчик времени 16 синхронно с частотой опорного генератора 19 формирует на своем выходе код, пропорциональный текущему времени относительно смены сигнала на выходе схемы "исключающее ИЛИ" 14. В зависимости от состояния адресных входов ПЗУ 15 (текущее время сканирования, текущий цикл сканирования и канал управления) формирует на своем выходе код, в соответствии с которым преобразователь код-время 18 формирует парные импульсы, причем временной интервал между импульсами в паре соответствует текущему каналу сканирования, а частота повторения посылок линейно меняется во времени. При этом зависимость периода повторения посылок (определяет величину и направление команды управления) от времени приведена на фиг.2. Где фиг.2а - на первой, фиг.2б - второй и фиг.2в - третьей секундах полета снаряда.

Т.е. при смене информации на выходе одного из датчиков 10 или 11 сигналы с их выходов, пройдя через линии задержек 12 и 13, поступают на первый и второй входы ПЗУ 15 и определяют направление сканирования полоски, например, на выходе датчиков сигналы 00, что соответствует каналу тангажа и направлению сканирования снизу вверх, кроме того сигналы с выхода линий задержек 12 и 13 поступают на входы "исключающее ИЛИ" 14 и на выходе ее формируется сигнал лог.1, т.к. на ее входах сигналы 00 (смена канала управления). Фронт этого сигнала, поступая на первый вход счетчика времени 16, обнуляет его, что соответствует нулевому времени на фиг.2 и, например на первой секунде полета (определяется выходом счетчика циклов сканирования, т.е. четвертым входом ПЗУ) ПЗУ 15 на своем выходе формирует код, величина которого пропорциональна максимальной команде поступающей на управляемый снаряд, который поступает на первый вход преобразователя код-время 18, где этот код преобразуется в парные импульсы, причем расстояние между импульсами в паре определяется каналом управления (включен первый или второй лазер), в нашем случае при комбинации на первом и втором входах ПЗУ 00-первый канал тангажа, а период повторения пар - соответствует величине команды передаваемой на управляемый снаряд - фиг.4. Эти импульсы поступают на второй вход коммутатора канала 17 и под действием сигнала лог.1 с выхода "исключающее ИЛИ" 14 эти импульсы поступают на первый лазер 3, где они преобразуются в световой сигнал, который, пройдя через систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось 5, призму 7 и панкратический объектив 8, поступает на выход прицела и далее поступает на управляемый снаряд. С изменением времени сканирования до t1 ПЗУ 15 продолжает выдавать величину максимальной команды - фиг.2а сплошная линия и на вход первого лазера 3 продолжают поступать парные импульсы, соответствующие максимальной команде управления, которые передаются на управляемый снаряд. С изменением времени сканирования от t1 до t0 ПЗУ 15 на своем выходе формирует коды, линейно изменяющиеся во времени, как показано на фиг.3а и период повторения парных импульсов, поступающих на первый лазер 3, также линейно изменяется. Т.о. при прохождении (сканировании) полоски через точку, соответствующую линии визирования, время tл.в. на фиг.2а, величина команды, передаваемой на управляемый снаряд, составляет 0.5 величины максимальной команды, т.е. на снаряд действует повышенная команда.

В момент времени tс происходит смена информации на выходе первого датчика 10 и сигнал лог.1 с его выхода, пройдя через линию задержки 12, поступает на первый вход ПЗУ 15. Т.о. на первом и втором входах ПЗУ 15 присутствуют сигналы 10 соответственно, что соответствует каналу курса и направлению сканирования слева направо, кроме того сигналы с выхода линий задержек 12 и 13 поступают на входы "исключающее ИЛИ" 14 и на выходе ее формируется сигнал лог.0, т.к. на ее входах сигналы 10 (смена канала управления). Спад этого сигнала, поступая на первый вход счетчика времени 16, обнуляет его, что соответствует нулевому времени на фиг.2г и ПЗУ 15 на своем выходе формирует код, величина которого пропорциональна максимальной команде, поступающей на управляемый снаряд, который поступает на первый вход преобразователя код-время 18, где этот код преобразуется в парные импульсы, причем расстояние между импульсами в паре определяется каналом управления (включен второй лазер), в нашем случае при комбинации на первом и втором входах ПЗУ 10 - второй канал курса, а период повторения пар - соответствует величине команды передаваемой на управляемый снаряд - фиг.4. Эти импульсы поступают на второй вход коммутатора канала 17 и под действием сигнала лог.0 с выхода "исключающее ИЛИ" 14 эти импульсы поступают на второй лазер 4, где они преобразуются в световой сигнал, который, пройдя через систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось 5, призму 7 и панкратический объектив 8, поступает на выход прицела и далее поступает на управляемый снаряд. С изменением времени сканирования до tс ПЗУ 15 на своем выходе формирует коды, линейно изменяющиеся во времени, как показано на фиг.2г и период повторения парных импульсов, поступающих на второй лазер 3, также линейно изменяется. Т.о. при прохождении (сканировании) полоски через точку, соответствующую линии визирования, время tл.в. на фиг.2г, величина команды, передаваемой на управляемый снаряд, составляет нулевой величины команды.

В момент времени tc происходит смена информации на выходе второго датчика 11 и сигнал лог.1 с его выхода, пройдя через линию задержки 13, поступает на первый вход ПЗУ 15. Т.о. на первом и втором входах ПЗУ 15 присутствуют сигналы 11 соответственно, что соответствует каналу тангажа и направлению сканирования сверху вниз, кроме того, сигналы с выхода линий задержек 12 и 13 поступают на входы "исключающее ИЛИ" 14 и на выходе ее формируется сигнал лог.1, т.к. на ее входах сигналы 11 (смена канала управления). Спад этого сигнала, поступая на первый вход счетчика времени 16, обнуляет его, что соответствует нулевому времени на фиг.2а. Кроме того, сигнал с выхода второй линии задержки 13 поступает на счетный вход счетчика циклов 20 и при соответствии этих циклов времени (например, 1 секунде) происходит изменение кода на выходе счетчика циклов и ПЗУ 15 на своем выходе формирует код, величина которого пропорциональна величине К1 фиг.2а, который поступает на первый вход преобразователя код-время 18, где этот код преобразуется в парные импульсы, причем расстояние между импульсами в паре определяется каналом управления (включен первый лазер), в нашем случае при комбинации на первом и втором входах ПЗУ 11 - первый канал канал тангажа, а период повторения пар - соответствует величине команды, передаваемой на управляемый снаряд - фиг.4. Эти импульсы поступают на второй вход коммутатора канала 17 и под действием сигнала лог.1 с выхода "исключающее ИЛИ" 14 эти импульсы поступают на первый лазер 4, где они преобразуются в световой сигнал, который, пройдя через систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось 5, призму 7 и панкратический объектив 8, поступает на выход прицела и далее поступает на управляемый снаряд. С изменением времени сканирования до t2 ПЗУ 15 на своем выходе формирует коды, линейно изменяющиеся во времени, как показано на фиг.2а пунктиром, и период повторения парных импульсов, поступающих на второй лазер 3, также линейно изменяется. Т.о. при прохождении (сканировании) полоски через точку, соответствующую линии визирования, время tл.в. на фиг.2а, величина команды, передаваемой на управляемый снаряд, составляет 0.5 величины максимальной команды, т.е. на снаряд действует повышенная команда.

И т.д.

По мере увеличения времени полета снаряда под действием маршевого двигателя увеличивается его скорость и, как следствие этого, увеличиваются перегрузки, создаваемые его рулями, и т.о. необходимо уменьшить величину команды, действующей в канале тангажа.

По мере увеличения времени полета снаряда происходит изменение сигнала на выходе счетчика числа циклов 20, и при очередной смене сигналов датчиков 10 и 11 формирование команд в канале тангажа происходит по закону, приведенному на фиг.2б, на второй секунде полета, фиг.2в - на третьей и последующих секундах полета.

Т.о. за счет смещения временной характеристики формируемых команд происходит смещение центра поля управления, формируемого прожектором, от линии визирования прицела, как это показано на фиг.3 в зависимости от времени полета (числа циклов сканирования) для конкретного управляемого снаряда.

Т.о. в снаряде при небольших скоростях полета происходит формирование команды управления большей, чем при больших скоростях, что приводит к компенсации силы тяжести и, следовательно, к устранению "провисания" управляемого снаряда в начальный момент полета и, как следствие этого, повышает точность его наведения.

Источники информации

1. Патент РФ №2150073, МПК7 F 41 G 7/26.

Оптический прицел системы наведения управляемого снаряда, содержащий установленные соосно визир и прожектор, включающий в себя два инжекционных лазера, излучающие области которых расположены перпендикулярно осям измеряемых координат, систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось, последовательно установленные на этой оси оптический сканер в виде вращающейся призмы и панкратический объектив, при этом ось вращения призмы совмещена с оптической осью объектива, а также непрозрачную шторку, установленную на оправу вращающейся призмы, два оптронных датчика, установленных неподвижно параллельно одной из измеряемых координат, причем в плоскости, перпендикулярной оптической оси прожектора, угол между линиями, соединяющими каждый из датчиков с осью вращения призмы, составляет 90°, при этом выходы первого и второго оптронных датчиков подключены соответственно к входам первой и второй схем задержки, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам схемы «исключающее ИЛИ», а также к первому и второму входам постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), выход схемы «исключающее ИЛИ» подключен к первым входам счетчика времени и коммутатора каналов, выход счетчика времени подключен к третьему входу ПЗУ, выход которого подключен к первому входу преобразователя код-время, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора и вторым входом счетчика времени, а выход преобразователя код-время подключен ко второму входу коммутатора каналов, выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго лазеров, отличающийся тем, что в него введен счетчик числа циклов сканирования, выход которого подключен к четвертому входу постоянного запоминающего устройства, а счетный вход подключен к выходу второй схемы задержки.