Способ и устройство для оптического программирования снаряда

Группа изобретений относится к технике управления полетом снаряда, выпущенного из оружия. Система для оптического программирования снаряда включает в себя устройство управления огнем, в который входит оптический передатчик. Снаряд содержит оптический уловитель, оптический датчик и детонатор. Передатчик передает оптические сигналы на снаряд в полете с целью программирования схемы детонатора, находящегося в снаряде. При переводе датчика в активное состояние осуществляется модулирование схемы детонатора. Группа изобретений обеспечивает полный цикл программирования снаряда в полете, при этом оптические средства программирования предопределяют устойчивую связь между устройством управления огнем и управляемым снарядом. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение в целом относится к программированию в полете снаряда, выпущенного из устройства управления огнем, а именно к использованию оптически модулированных сигналов для программирования снаряда.

Уровень техники

Существующие способы программирования снарядов в полете имеют явные недостатки. Неудобство при использовании технологии «Oerlikon AHEAD» заключается в том, что потребляется большое количество энергии. Программируемые электромагнитные индукторы, используемые в этой системе, громоздкие и тяжелые. При использовании радиочастоты для передачи программирующих сигналов (радиочастоты «NAMMO») могут возникать помехи со стороны технологии подавления самодельных взрывных устройств (IED). Larson Patents, адвокаты фирмы BOFORS, ограничили использование данной технологии полуавтоматическим или автоматическим стрелковым оружием.

В патентной публикации США №2005/0126379 раскрывается коммуникационный канал передачи данных для установки электронных детонаторов. При этом программирование снарядов ограничивается лишь предпусковым программированием. Никаких способов программирования снарядов в полете не предлагается.

В патенте США 5,102,065 раскрывается система корректировки траектории снаряда. Корректирующие сигналы передаются по лучу лазера. Корректирующие данные передаются на снаряд, а снаряд принимает данную информацию и использует ее для изменения своей траектории. Однако самонаводящиеся снаряды весьма дорогостоящи и используются исключительно для уничтожения особо важных целей. В патенте США №4406430 также раскрывается оптическое устройство дистанционного управления для самонаводящихся снарядов. Устройство дистанционного управления способствует наведению снаряда на цель за счет изменения траектории снаряда. Программирование снарядов, не являющихся самонаводящимися, ни в одном из этих патентов не раскрывается.

В патенте США №6,216,595 раскрывается способ программирования в полете времени подрыва элемента снаряда. Время подрыва передается посредством радиочастотных сигналов. Использование радиочастоты создает определенные трудности для уверенной передачи в связи с помехами, создаваемыми технологией подавления самодельных взрывных устройств (IED).

В патенте США №6,170,377 раскрывается способ и устройство для передачи программирующих данных на взрыватель замедленного действия снаряда через передающую катушку индуктивности. Катушки индуктивности очень громоздки и тяжелы.

В патенте США №6,138,547 раскрывается способ и система программирования детонаторов за счет использования электрических программирующих импульсов для передачи данных между программирующим устройством и программируемым детонатором.

В раскрытых выше системах из предшествующего уровня техники из-за вибрации снаряда сложно поддерживать устойчивую связь или дистанцию между внешним источником программирующих импульсов и проводником, находящимся на снаряде. Также оба указанных способа требуют проведения существенных изменений в конструкции оружия, что ограничивает их применение.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является модулирование сигнала для снаряда набором команд.

Другая цель изобретения заключается в обеспечении передачи модулированных оптических сигналов на снаряды через передатчик, связанный с оружием.

Еще одной целью изобретения является программирование цепи детонатора за счет использования модулированного оптического сигнала.

Изобретение включает в себя устройство управления огнем, оснащенное оптическим передатчиком для передачи модулированного оптического сигнала, и снаряд, оснащенный светопрозрачным корпусом (уловителем) для улавливания модулированных оптических сигналов, детонатором и оптическим датчиком.

Оптический передатчик излучает программирующие сигналы в направлении снаряда (в полете) при помощи луча соответствующей ширины и мощности.

Оптический свет модулируется по амплитуде для создания оптического сигнала. Обычно программирующий сигнал содержит идентификатор функционального режима и в зависимости от ситуации оптимального времени выполнения функции. Логарифмические входные данные позволяют электронике детонатора выделять полученный модулированный сигнал из других оптических лучей.

После передачи оптический луч улавливается светопрозрачным уловителем, установленным на снаряде. Уловитель преломляет и/или отражает и фокусирует принятый модулированный оптический сигнал на оптический датчик. После приема модулированных оптических сигналов датчик становится активизированным. Активизированный датчик модулирует схему детонатора.

Описанные выше, а также другие цели, признаки и преимущества изобретения станут очевидны из следующего более подробного описания изобретения, как это изображено на прилагающихся чертежах.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления настоящего изобретения, далее описанные совместно с прилагаемыми чертежами, используются для пояснения, а не для ограничения настоящего изобретения, в котором схожие обозначения означают схожие элементы и где:

на фиг.1 изображено оружие для стрельбы снарядами и устройство 22 управления огнем для передачи оптических сигналов на снаряд 40 в полете;

на фиг.2, включающей фигуры 2a-2d, изображен прием оптических сигналов (32, 34) снарядом 40 в полете;

на фиг.3, включающей фигуры 3a и 3b, изображено использование вращения, обеспечивающего эффективный прием оптического сигнала;

на фиг.4, включающей фигуры 4a и 4b, изображен цикл рыскания снаряда 40 в полете;

на фиг.5 изображен альтернативный вариант с использованием светопрозрачной линзы 70 на уловителе 44;

на фиг.6 изображено сближение модулированных оптических сигналов (32, 34) со снарядом 40 в полете.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Варианты осуществления настоящего изобретения предлагают способ и систему для оптического программирования снаряда 40 в полете. В описании настоящего изобретения используется многочисленная подробная информация, такая как примеры компонентов и/или механизмов, для формирования четкого понимания различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако специалистам, обладающим соответствующими знаниями в данной области, будет понятно, что варианты настоящего изобретения могут быть реализованы без части той или иной подробной информации, либо при помощи других устройств, систем, узлов, способов, компонентов, материалов, частей и/или тому подобного. В других случаях в целях избежания неясностей в понимании аспектов осуществления настоящего изобретения хорошо известные структуры, материалы или операции специально не показаны или не описаны подробно.

На фиг.1 изображена система 100 вооружения, содержащая оружие (пусковой механизм) 20, устройство 22 управления огнем для стрельбы снарядами 40. Устройство 22 управления огнем включает в себя оптический передатчик 26. Оружие 20 стреляет снарядами 40, в то время как передатчик 26 передает оптические сигналы (32, 34) на снаряд 40 в полете.

Оружие 20 может быть огнестрельным оружием, пушкой, пусковой установкой, подвесным контейнером с ракетами или самолетом или т.п. Во многих видах оружия имеются стволы 24.

Оптический передатчик 26 является источником света, содержащим, например, один или более светоизлучающих диодов, источников лазерных лучей и т.п. Передатчик 26 может передавать оптические сигналы (32, 34) на отдельных частотах в ультрафиолетовом, видимом или инфракрасном диапазонах.

В одном из вариантов осуществления оптические сигналы (32, 34), посылаемые передатчиком 26 на снаряд 40, являются цифровыми программирующими сигналами, модулированными устройством 20 управления огнем для передачи набора команд. Набор команд является протоколом программирования. Обычно программирующий сигнал включает в себя функциональный режим и в зависимости от ситуации оптимальное время выполнения функции.

Передатчик 26 вместе с программирующими сигналами может также посылать синхронизирующие сигналы. Синхронизирующие сигналы несут в себе такую информацию, как заданный промежуток времени, в течение которого детонатор 48 (находящийся в снаряде) должен принимать входные данные из сигналов. По прошествии этого отрезка времени детонатор 48 прекращает прием любых сигналов. Это способствует защите детонатора 48 от сбоев в результате приема посторонних сигналов (т.е. сигналов, которые не были посланы передатчиком 22 устройства управления огнем). Это также может способствовать экономии электроэнергии, потребляемой детонатором 48.

На фиг.2 изображены различные компоненты снаряда 40 и выполняемые ими функции. Снаряд 40 содержит носовую часть 42, уловитель 44, один или более датчиков 46 и электронный детонатор 48. Носовая часть 42 имеет форму боеголовки и включает уловитель 44. Уловитель 44 имеет светопрозрачный корпус, защищающий расположенный под ним датчик 46. Кроме того, датчик 46 прикреплен к электронному детонатору 48.

Модулированные оптические сигналы 30 передаются в направлении снаряда 40 при помощи луча соответствующей ширины и мощности для оптимизации передачи. Передаваемые модулированные оптические сигналы (32, 34) пересекают летную траекторию снаряда 40, что обеспечивает улавливание сигналов уловителем 44, как это изображено на фиг.2(b) и 2(c). Уловитель 44 преломляет, отражает и фокусирует модулированные оптические сигналы (32, 34) на оптический датчик 46. Датчик 46 выделяет модулированные сигналы (32, 34) среди других сигналов и возбуждает электрическую схему. Активизированная схема 46 использует отклик на логарифмические входные данные для модулирования электронной схемы детонатора 48, изображенного на фиг.2(d).

Фиг.3 иллюстрирует изменение вращения снаряда 40 в полете с целью позиционирования снаряда 40 для оптимального приема оптических сигналов (32, 34). Вращение создается за счет воздействия канавок и полей нареза ствола на ведущий поясок снаряда. На фиг.3(a) показано положение в разобранном виде уловителя 44, находящегося в носовой части 42 снаряда 40, позволяющее уловителю 44 принимать прямые оптические сигналы 32, а также отраженные оптические сигналы 34, отражаемые от промежуточной поверхности 50. На фиг.3(b) показано положение в разобранном виде уловителя 44, принимающего только отраженные оптические сигналы 34. В данном положении угол наклона оси 60 вращения снаряда 40 относительно вертикальной плоскости таков, что он не позволяет уловителю 44 принимать прямые оптические сигналы 32.

На фиг.4 изображен изменяющийся цикл рысканья снарядов 40 в полете. На фиг.4(a) показано каким образом рысканье позволяет снаряду 40 поворачиваться относительно его вертикальной оси. Рысканье снаряда 40 может создаваться за счет ряда хорошо известных механических факторов. Рысканье может позиционировать снаряд 40 для более эффективного приема оптических сигналов (32, 34). На фиг.4(b) изображено, каким образом передача оптических сигналов 30 оптимизируется за счет избыточных сигналов. Передатчик 26 излучает избыточные оптические сигналы для оптимизации приема. Создаваемое вращение также обеспечивает естественное экранирование солнечных лучей, которые могут создавать помехи для передаваемых оптических сигналов. За счет избыточных сигналов, повторяющихся с частотой, совпадающей с вращением снаряда, появляется возможность экранировать прямые солнечные лучи, что способствует улучшению обработки сигналов.

В альтернативном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.5, уловитель 44 может устанавливаться в любом положении на носовой части 42 снаряда 40. Уловитель 44 также может включать светопрозрачную линзу 70 для оптимизации улавливания передаваемых прямого сигнала 32 и/или отраженного сигнала 34.

Как показано на фиг.6, передатчик 26 сфокусирован и позиционирован таким образом, чтобы использовать геометрическое местоположение и расходимость 110 луча для передачи света непосредственно на траекторию снаряда. На фиг.6 дополнительно показана дальность 90, на которой сигнал имеет требующуюся мощность. За пределами этой дальности интенсивность передатчика 26 ослабевает и пересечения модулированного оптического сигнала и снаряда в полете не происходит. Модулированные оптические сигналы пересекают летную траекторию снаряда, обеспечивая эффективный прием сигнала в зоне 80 эффективного приема сигналов. Зону 80 эффективного приема сигналов можно менять за счет изменения таких параметров, как мощность и длительность сигнала. Передача модулированных оптических сигналов зависит от многих факторов, таких как резонансные колебания 82 из-за ИК-излучения после выстрела, влияние 83 отдачи оружия и ударной волны, зона 84 дульного пламени и осаждения порохового нагара, длительность 86 нарастания сигнала, связанного с аккумулятором, и частота рыскания снаряда.

Несмотря на то, что варианты осуществления данного изобретения были описаны и проиллюстрированы, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено только этими вариантами осуществления. Специалистам, обладающим знаниями в данной области техники будет очевидно, что допускается внесение различных модификаций, изменений, вариаций, замен и аналогов, не отходя от духа и объема настоящего изобретения, как это описано в формуле изобретения.

1. Способ оптического программирования снаряда в полете, выпущенного из устройства управления огнем, содержащий этапы:
передачи модулированных оптических сигналов на упомянутый снаряд из передатчика, прикрепленного к упомянутому устройству управления огнем;
улавливания упомянутых модулированных оптических сигналов уловителем, установленным на упомянутом снаряде;
приема упомянутых модулированных оптических сигналов из упомянутого уловителя датчиком, размещенным в упомянутом снаряде, при этом упомянутые оптические сигналы переводят упомянутый датчик в активное состояние, и
модулирования схемы детонатора упомянутым датчиком в активном состоянии.

2. Способ по п.1, в котором упомянутые модулированные оптические сигналы передают с определенной длительностью луча, мощностью и частотой.

3. Способ по п.1, в котором упомянутый передатчик и упомянутый датчик работают на отдельных частотах в одном из следующих диапазонов: ультрафиолетовом, видимом или инфракрасном.

4. Способ по п.1, в котором упомянутые модулированные оптические сигналы модулируют по амплитуде и/или частоте.

5. Способ по п.1, в котором упомянутые модулированные оптические сигналы содержат протокол программирования, включающий функциональный режим и/или оптимальное время выполнения функции.

6. Способ по п.1, в котором упомянутый уловитель выполняют из светопрозрачного материала.

7. Способ по п.1, в котором упомянутый уловитель улавливает прямые и отраженные модулированные оптические сигналы из упомянутого передатчика.

8. Способ по п.1, в котором упомянутый уловитель преломляет, отражает и фокусирует упомянутый модулированный оптический сигнал на упомянутый датчик.

9. Способ по п.1, в котором упомянутая схема детонатора использует логарифмические входные данные для выделения упомянутых модулированных оптических сигналов среди других оптических лучей.

10. Способ оптического программирования снаряда в полете, выпущенного из устройства управления огнем, содержащий этапы:
передачи модулированных оптических сигналов на упомянутый снаряд из передатчика, прикрепленного к упомянутому устройству управления огнем;
улавливания упомянутых модулированных оптических сигналов уловителем, размещенным в упомянутом снаряде, при этом упомянутый уловитель выполнен из светопрозрачного материала;
приема упомянутых модулированных оптических сигналов из упомянутого уловителя датчиком, размещенным в упомянутом снаряде, при этом упомянутые оптические сигналы переводят упомянутый датчик в активное состояние, и
модулирования схемы детонатора упомянутым датчиком в активном состоянии.

11. Способ по п.10, в котором упомянутые модулированные оптические сигналы передают с определенной длительностью луча, мощностью и частотой.

12. Способ по п.10, в котором упомянутый передатчик и упомянутый датчик работают на отдельных частотах в одном из следующих диапазонов: ультрафиолетовом, видимом или инфракрасном.

13. Способ по п.10, в котором упомянутые модулированные оптические сигналы модулируют по амплитуде и/или частоте.

14. Способ по п.10, в котором упомянутые модулированные оптические сигналы содержат протокол программирования, включающий функциональный режим и/или оптимальное время выполнения функции.

15. Способ по п.10, в котором упомянутый снаряд содержит светопрозрачный корпус.

16. Способ по п.15, в котором упомянутый светопрозрачный корпус защищает упомянутый датчик.

17. Способ по п.10, в котором упомянутый уловитель улавливает прямые и отраженные модулированные оптические сигналы из упомянутого передатчика.

18. Способ по п.10, в котором упомянутый уловитель преломляет, отражает и фокусирует упомянутый модулированный оптический сигнал на упомянутый датчик.

19. Способ по п.10, в котором упомянутая схема детонатора использует логарифмические входные данные для выделения упомянутых модулированных оптических сигналов среди других оптических лучей.

20. Система для оптического программирования снаряда в полете, выпущенного из устройства управления огнем, содержащая:
передатчик, прикрепленный к упомянутому устройству управления огнем, для передачи модулированных оптических сигналов на упомянутый снаряд;
уловитель, установленный на упомянутом снаряде, для улавливания упомянутых модулированных оптических сигналов, при этом упомянутый уловитель выполнен из светопрозрачного материала;
датчик, размещенный в упомянутом снаряде, для приема упомянутых модулированных оптических сигналов из упомянутого уловителя, при этом упомянутые оптические сигналы проводят упомянутый датчик в активное состояние, и
схему детонатора, при этом упомянутая схема детонатора выполнена с возможностью модулирования упомянутым датчиком в активном состоянии.

21. Система по п.20, в которой упомянутый передатчик и упомянутый датчик выполнены с возможностью работать на отдельных частотах в одном из следующих диапазонов: ультрафиолетовом, видимом или инфракрасном.

22. Система по п.20, в которой упомянутый снаряд содержит светопрозрачный корпус.

23. Система по п.22, в которой упомянутый датчик размещен в упомянутом корпусе и защищен корпусом.

24. Система по п.20, в которой упомянутый уловитель может быть выполнен из светопрозрачного материала, который искривляет и разделяет световые лучи.

25. Система по п.20, в которой упомянутый уловитель выполнен с возможностью улавливать прямые и отраженные модулированные оптические сигналы из упомянутого передатчика.

26. Система по п.20, в которой упомянутый уловитель выполнен с возможностью преломлять, отражать и фокусировать упомянутый модулированный оптический сигнал на упомянутый датчик.

27. Система по п.20, в которой упомянутая схема детонатора выполнена с возможностью использовать логарифмические входные данные для выделения упомянутых модулированных оптических сигналов среди других оптических лучей.