Архитектура модуля т3
Устройство для направления пучка содержит двигатель возвышения, азимутальный двигатель, блок оптических датчиков, телескоп. Причем телескоп содержит две апертуры, которые задают оптический путь пучка. Также телескоп выполнен с возможностью распространения пучка с первой длиной волны в боковом направлении поперек, перпендикулярно продольной оси трубы телескопа. Также устройство содержит оптический модуль, содержащий зеркала, которые обеспечивают направление выходящего лазерного излучения. Технический результат заключается в обеспечении направления оптического пучка по углам азимута и возвышения. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.
Уровень техники
Карданный подвес представляет собой шарнирную опору, обеспечивающую возможность поворота вокруг одной оси. Система из двух карданных подвесов, в которой один карданный подвес установлен на другом с ортогональными осями поворота, представляет собой двухосную систему. Систему с двумя осями часто используют при наведении по большому полю зрения. Например, карданно подвешенное устройство, такое как астрономический телескоп или ствол артиллерийской установки на военно-морском корабле, может содержать систему карданного подвеса с двумя осями. При использовании системы карданного подвеса с двумя осями для наведения телескопа или ствола азимутальный карданный подвес выполняет для наведения поворот вокруг горизонтальной оси (из стороны в сторону), а карданный подвес возвышения выполняет поворот в вертикальном направлении от горизонтальной оси (вверх и вниз). При этом обеспечена возможность наведения телескопа или ствола на цель, расположенную в любом месте.
Могут быть желательны усовершенствования устройств или установок, содержащих систему карданного подвеса с одной или двумя осями. Например, может потребоваться добавить к телескопу или к большой артиллерийской установке оптическую систему для приема и/или передачи света. Эти расширяющие технические возможности средства могут быть установлены как на карданном подвесе, так и вне его. Что касается компоненты, прикрепленной к карданному подвесу, то карданно подвешенные системы обычно предназначены для оптимальной работы при повороте полезной нагрузки, для поддержки которой они предназначены. При добавлении расширяющих технические возможности средств, например прикрепленной к карданному подвесу оптической системы, распределение масс полезной нагрузки изменено, что обычно воздействует на динамические рабочие характеристики системы карданного подвеса.
В конструкции известной оптической системы содержится компонент, называемый «оптическим куде-путем» или иногда «куде-оптикой», который направляет входящий свет или входящий пучок вдоль внешне направленной конфигурации к стационарному местоположению. Кроме того, куде-оптика обычно направляет свет или пучок вдоль оси поворота карданного подвеса, чтобы избежать нутации траектории пучка относительно шарниров карданного подвеса. Прикрепленные к карданному подвесу компоненты, содержащие оптическую систему, обычно включают конструкцию с оптическим куде-путем.
Именно в связи с этими и другими соображениями здесь представлено раскрытие изобретения.
Раскрытие изобретения
Совершенно понятно, что этот раздел предназначен для введения ряда концепций в упрощенной форме, а подробнее они описаны ниже в разделе «Детальное описание». Этот раздел не предназначен для указания на главные или существенные особенности заявляемого предмета изобретения и не предназначен для ограничения области действия заявляемого предмета изобретения. Кроме того, заявляемое изобретение не ограничено теми примерами реализации, которые устраняют какой-либо или все недостатки, отмеченные в любой части этого раскрытия изобретения.
Варианты реализации настоящего изобретения содержат устройства для направления пучка. В одном варианте реализации настоящего изобретения устройство для направления пучка содержит блок оптических датчиков, расположенный в непосредственной близости к оптическому телескопу и операционно связанный с ним. Оптический телескоп содержит трубу оптического телескопа, продольная ось которой определяет оптический телескоп. Труба оптического телескопа содержит входную пропускающую апертуру и выходную пропускающую апертуру, причем каждая пропускающая апертура расположена на трубе оптического телескопа по существу перпендикулярно продольной оси. Каждая пропускающая апертура расположена так, чтобы позволить входящему лазерному пучку войти, пройти в боковом направлении поперек трубы оптического телескопа и выйти из нее. Оптический модуль, содержащий первое зеркало и второе зеркало, расположен в непосредственной близости к трубе оптического телескопа и операционно связан с ней, чтобы направлять входящий лазерный пучок при его выходе из трубы оптического телескопа на блок оптических датчиков. Компоненты устройства для направления пучка, а именно труба оптического телескопа, оптический модуль и оптические датчики, соединены с возможностью сообщения или операционно связаны таким образом, что лазерный пучок может быть направлен и передан между этими компонентами.
Дополнительные варианты реализации настоящего изобретения содержат оптические системы. Один вариант реализации настоящего изобретения представляет собой оптическую систему для трассировки по меньшей мере одного пучка электромагнитной энергии. Здесь система содержит трубу телескопа, имеющую первый и второй концы и продольную ось, определяющую телескоп. Труба телескопа содержит пропускающую апертуру, расположенную на трубе телескопа по существу перпендикулярно продольной оси и выполненную с возможностью входа пучка электромагнитной энергии с первой длиной волны в трубу телескопа вдоль второй оси, распространения в боковом направлении поперек трубы телескопа и выхода из нее. Система также содержит оптический модуль, содержащий первое зеркало, расположенное в непосредственной близости от пропускающей апертуры и выполненное с возможностью отражения пучка электромагнитной энергии от второй оси к третьей оси. Оптический модуль, кроме того, содержит второе зеркало, расположенное в непосредственной близости от первого зеркала, причем второе зеркало выполнено с возможностью отражения пучка электромагнитной энергии от третьей оси к четвертой оси. Оптический модуль операционно связан с трубой телескопа и с другим элементом оптической системы, а именно с блоком оптических датчиков. Блок оптических датчиков расположен в непосредственной близости от второго зеркала и выполнен с возможностью приема и направления пучка электромагнитной энергии от четвертой оси и через конец трубы телескопа вдоль продольной оси. Эти компоненты оптических систем, включая трубу телескопа, оптический модуль и блок оптических датчиков, соединены с возможностью сообщения или операционно связаны таким образом, что пучок электромагнитной энергии может быть подвергнут трассировке и передан между этими компонентами.
В других вариантах реализации настоящего изобретения описаны способы для трассировки пучков электромагнитной энергии. Один способ трассировки пучков включает обеспечение наличия трубы оптического телескопа с первым и вторым концом и продольной осью, определяющей оптический телескоп. Труба оптического телескопа выполнена с возможностью направления пучка электромагнитной энергии от первого конца и через трубу оптического телескопа вдоль продольной оси. Труба оптического телескопа содержит по меньшей мере одну пропускающую апертуру, по существу перпендикулярную продольной оси и выполненную с возможностью прохождения пучка электромагнитной энергии в боковом направлении поперек трубы оптического телескопа вдоль второй оси. Этот способ также включает обеспечение наличия оптического модуля, содержащего первое зеркало и второе зеркало, расположенные в непосредственной близости от пропускающей апертуры, и направляющего первый пучок электромагнитной энергии с первой длиной волны в апертуру, в боковом направлении через трубу оптического телескопа, и к первому зеркалу. Дальнейшие операции в этом способе включают трассировку первого пучка электромагнитной энергии от первого зеркала вдоль второй оси и к второму зеркалу и от второго зеркала вдоль третьей оси к оптическому датчику. Кроме того, этот способ включает направление первого пучка электромагнитной энергии от оптического датчика к трубе оптического телескопа вдоль продольной оси. Для реализации этого способа труба оптического телескопа, оптический модуль и блок оптических датчиков должны быть соединены с возможностью сообщения или операционно связаны друг с другом таким образом, что пучок может быть подвергнут трассировке и передан между этими компонентами.
Согласно одной особенности настоящего изобретения предложено устройство для направления пучка, содержащее: блок оптических датчиков; трубу оптического телескопа с продольной осью, определяющей оптический телескоп, причем оптический телескоп расположен в непосредственной близости к блоку оптических датчиков и операционно связан с ним; входную пропускающую апертуру и выходную пропускающую апертуру, каждая из которых расположена на трубе оптического телескопа по существу перпендикулярно продольной оси, и которые выполнены с возможностью вхождения лазерного пучка, его прохождения в боковом направлении поперек трубы оптического телескопа и выхода из нее; и оптический модуль, содержащий первое зеркало и второе зеркало, выполненные с возможностью направления входящего лазерного пучка, выходящего из трубы оптического телескопа к блоку оптических датчиков.
При необходимости блок оптических датчиков содержит расширитель пучка, принимающий входящий лазерный пучок от второго зеркала и передающий расширенный лазерный пучок через трубу оптического телескопа вдоль продольной оси.
Предпочтительно, чтобы устройство для направления пучка, кроме того, содержало двигатель возвышения, перемещающий устройство для направления пучка вокруг оси возвышения, и азимутальный двигатель, перемещающий устройство для направления пучка вокруг азимутальной оси.
При необходимости для устройства для направления пучка первое зеркало выполнено с возможностью поворота и введения поправок на отклонение или смещение входящего лазерного пучка, а на азимутальной оси второе зеркало выполнено с возможностью поворота и введения поправок на отклонение или смещение входящего лазерного пучка.
Согласно еще одной особенности настоящего изобретения предложена оптическая система для трассировки пучка электромагнитной энергии, содержащая: трубу телескопа, имеющую первый и второй конец и продольную ось, определяющую телескоп; по меньшей мере одну пропускающую апертуру, расположенную на трубе телескопа и выполненную с возможностью входа первого пучка электромагнитной энергии в трубу телескопа вдоль второй оси, прохождения в боковом направлении поперек трубы телескопа и выхода из трубы телескопа; первое зеркало, расположенное в непосредственной близости от пропускающей апертуры и выполненное с возможностью отражения первого пучка электромагнитной энергии от второй оси к третьей оси; второе зеркало, расположенное в непосредственной близости от первого зеркала и выполненное с возможностью отражения первого пучка электромагнитной энергии от третьей оси к четвертой оси; и блок оптических датчиков, расположенный в непосредственной близости ко второму зеркалу и выполненный с возможностью приема и направления первого пучка электромагнитной энергии от четвертой оси до конца трубы телескопа вдоль продольной оси.
При необходимости блок оптических датчиков содержит расширитель пучка, который передает второй пучок электромагнитной энергии через трубу телескопа вдоль продольной оси.
При необходимости первое зеркало выполнено с возможностью поворота для исправления смещения или отклонения первого пучка электромагнитной энергии.
При необходимости второе зеркало выполнено с возможностью поворота для исправления смещения или отклонения первого пучка электромагнитной энергии.
При необходимости оптическая система, кроме того, содержит карданный подвес, прикрепленный к трубе телескопа, который перемещает трубу вокруг оси возвышения или вокруг азимутальной оси.
Согласно еще одной особенности настоящего изобретения предложен способ трассировки пучка электромагнитной энергии, включающий: обеспечение наличия трубы оптического телескопа, содержащей: первый конец, второй конец и продольную ось, определяющую оптический телескоп; и по меньшей мере одну пропускающую апертуру, расположенную на трубе оптического телескопа и выполненную с возможностью прохождения первого пучка электромагнитной энергии в боковом направлении поперек трубы оптического телескопа вдоль второй оси; обеспечение наличия оптического модуля, содержащего первое зеркало и второе зеркало, расположенные в непосредственной близости от апертуры; направление первого пучка электромагнитной энергии с первой длиной волны в апертуру в боковом направлении через трубу оптического телескопа и к первому зеркалу; трассировку первого пучка электромагнитной энергии с первой длиной волны от первого зеркала вдоль второй оси и ко второму зеркалу; трассировку первого пучка электромагнитной энергии с первой длиной волны от второго зеркала вдоль третьей оси к оптическому датчику; и направление первого пучка электромагнитной энергии с первой длиной волны от оптического датчика к трубе оптического телескопа вдоль продольной оси.
При необходимости способ, кроме того, включает операцию обеспечения наличия расширителя пучка.
Предпочтительно, чтобы способ дополнительно включал операцию передачи через оптический телескоп второго пучка электромагнитной энергии со второй длиной волны.
При необходимости способ, кроме того, включает выполнение первого зеркала с возможностью поворота и выполнение второго зеркала с возможностью поворота.
Предпочтительно, чтобы способ дополнительно включал исправление по меньшей мере смещения или отклонения первого пучка электромагнитной энергии.
При необходимости способ, кроме того, включает выполнение двигателя возвышения, перемещающего трубу оптического телескопа вокруг оси возвышения, и азимутального двигателя, перемещающего трубу оптического телескопа вокруг азимутальной оси.
При необходимости способ, кроме того, включает крепление трубы оптического телескопа к карданно подвешенной системе.
Понятно, что вышеописанное изобретение может быть выполнено в виде устройств, процессов, электрических и механических систем или в виде промышленных изделий. Рассмотренные особенности, функции и преимущества могут быть независимо достигнуты в различных вариантах реализации настоящего изобретения или могут быть скомбинированы в других вариантах реализации настоящего изобретения, дополнительные сведения о которых могут быть видны со ссылками на последующие описание и чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана известная карданно подвешенная система с прикрепленным сбоку устройством, содержащим обычный модуль Т3.
На фиг.2 показана оптическая схема, иллюстрирующая световой пучок внутри прикрепленного сбоку устройства по фиг.1.
На фиг.3 показана известная карданно подвешенная система с альтернативным примером установленного сбоку устройства, содержащего модуль Т3.
На фиг.4 показана оптическая схема, отображающая путь светового пучка внутри примера модуля Т3.
На фиг.5А и 5 В показаны оптические схемы, противопоставляющие световой пучок, направленный вдоль куде-пути, и световой пучок, направленный вдоль пути модуля Т3.
На фиг.6 показана блок-схема, отображающая вариант способа сборки и использования примера модуля Т3.
Подробное описание изобретения
Вообще говоря, последующее подробное описание изобретения относится к устройствам, системам и способам использования улучшенной оптической архитектуры. Одно описанное здесь приложение улучшенной оптической архитектуры содержит добавление прикрепленной к карданному подвесу компоненты к карданно подвешенной системе способом, минимизирующим рабочие нагрузки на карданно подвешенную систему. Рассмотренные здесь варианты реализации настоящего изобретения направлены на компоненты, прикрепленные к карданному подвесу и выполненные с возможностью поворота относительно одной или нескольких осей независимо от карданно подвешенной системы. Рассмотренные здесь варианты реализации настоящего изобретения также направлены на компоненты, прикрепленные к карданному подвесу и соединенные с возможностью сообщения или операционно связанные с карданно подвешенной системой таким образом, чтобы компонента, прикрепленная к карданному подвесу, была способна принимать оптические сигналы различного вида от карданно подвешенной системы. В понятие «оптические сигналы» здесь входят, не ограничиваясь этим, сигналы, световые пучки, лазерные пучки, пучки электромагнитной энергии, пучки высокой мощности, комбинации вышеперечисленного и т.п. Независимо от того, применимы ли они здесь в единственном или множественном числе, термины, содержащие слова «сигнал», «пучок» или «свет», использованы расширительно и взаимозаменяемым образом, причем эти термины включают любую форму электромагнитного излучения в любом диапазоне длин волн, включая инфракрасный, видимый, ультрафиолетовый, высокоэнергетический, конгруэнтный диапазоны и их комбинации и т.п.
На фиг.1 показан пример системы 100 модуля Т3, прикрепленной к существующей системе карданного подвеса с двумя осями. Для текущих целей иллюстрации и описания, а не ограничения или сужения, показанная система 100 модуля Т3 представляет собой устройство 102 для направления пучка, прикрепленное сбоку большой артиллерийской установки 104. Большая артиллерийская установка 104 представляет собой пример известной системы карданного подвеса с двумя осями, к которой может быть прикреплено устройство, содержащее систему 100 модуля Т3. Опять с целью иллюстрации, а не ограничения, отметим, что дополнительные примеры одноосных и двухосных карданно подвешенных систем, к которым применимо настоящее изобретение, включают астрономическое оборудование, системы вооружения, радарные системы, телекоммуникационное оборудование, военную технику, их комбинации и т.п. Таким образом, совершенно понятно, что настоящее изобретение не ограничено системой 100 модуля Т3, установленной на военном оборудовании или на известной двухосной системе карданного подвеса, но может быть применено в конструктивном исполнении любого устройства или системы, содержащих карданный подвес или карданно подвешенную систему. Кроме того, варианты реализации настоящего изобретения могут также быть приложены к устройству или системе, не содержащим карданный подвес или карданно подвешенную систему.
Большая артиллерийская установка 104 представляет собой карданно подвешенную систему, содержащую азимутальную ось 106 артиллерийской установки и ось 108 возвышения артиллерийской установки. Показанное здесь устройство 102 для направления пучка содержит двигатель подъема 110 устройства для направления пучка, установленный на большой артиллерийской установке 104 и поворачивающий устройство 102 для направления пучка вокруг оси 112 возвышения устройства для направления пучка. Входящий сигнал, здесь показанный как входящий лазерный пучок 116, имеет первую длину волны, направлен к устройству 102 для направления пучка и может быть компонентом системы или может быть передан из системы, такой как, не ограничиваясь этим, система слежения, система направления, система сбора данных, рулевая система, система управления, система связи, их комбинации и т.п.
В показанном варианте реализации настоящего изобретения дистанционно расположенное лазерное устройство (не показано) передает входящий лазерный пучок 116 вдоль пути, параллельного азимутальной оси 106 артиллерийской установки. В показанном варианте реализации настоящего изобретения азимутальная ось 106 артиллерийской установки пересекает и ось возвышения 112 устройства для направления пучка, и ось возвышения 108 артиллерийской установки. Входящий лазерный пучок 116 направлен к складчатому зеркалу 118 и затем перенаправлен под прямым углом вдоль оси возвышения 112 устройства для направления пучка к устройству 102 для направления пучка. Складчатое зеркало 118 осуществляет поворот вокруг азимутальной оси вместе с большой артиллерийской установкой 104. Показанная конфигурация представляет собой один вариант реализации настоящего изобретения, поддерживающий входящий лазерный пучок 116, направленный в устройство 102 для направления пучка независимо от ориентации большой артиллерийской установки 104 и устройства 102 для направления пучка относительно азимутальной оси и оси возвышения (то есть, независимо от ориентации карданно подвешенной системы и прикрепленной к карданному подвесу компоненты относительно азимутальной оси и оси возвышения). В альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения входящий сигнал например, входящий световой пучок или входящий лазерный пучок 116, может быть направлен к системе 100 модуля Т3 вдоль альтернативных путей, подходящих для карданно подвешенной системы.
Используемые здесь термины «входящий» и «выходящий» предназначены лишь для целей описания и обучения, а не для ограничения или сужения. Кроме того, используемый здесь термин «зеркало» (в единственном или множественном числе) применен расширительно и относится не только к отражающей поверхности, направляющей световой пучок от одной оси к другой, но и к другим работающим похожим образом устройствам, например (не ограничиваясь этим) к расщепителям пучка, призмам, ретроотражающим зеркалам, их комбинациям и т.п.
Обычную систему карданного подвеса проектируют так, чтобы она оптимально работала при повороте полезной нагрузки, для поддержки которой она была первоначально предназначена. Все же может оказаться желательным добавить к существующей карданно подвешенной системе некоторое прикрепленное к карданному подвесу средство усовершенствования или дополнения, причем при этом может оказаться невозможным или нежелательным центральное крепление прикрепленного к карданному подвесу средства усовершенствования или дополнения. Например, может быть желательна модернизация большой артиллерийской установки 104 посредством использования лазерных пучков при сохранении функциональных возможностей основного орудия. В соответствии с этим может быть желательным крепление компонента, расположенного на карданном подвесе, например устройства 102 для направления пучка, сбоку карданно подвешенной системы, например, большой артиллерийской установки 104.
При креплении компоненты, прикрепляемой к карданному подвесу, сбоку от карданно подвешенной системы, например при креплении сбоку показанного устройства 102 для направления пучка на показанной большой артиллерийской установке 104, происходит изменение распределения масс полезной нагрузки, что может оказать негативное влияние на динамические рабочие характеристики карданного подвеса. В частности, добавленный к полезной нагрузке вес устройства 102 для направления пучка может уменьшить возможность ускорения большой артиллерийской установки 104 и может создать статическую и/или динамическую разбалансированность нагрузки, выдерживаемой установкой на карданном подвесе. Как подробнее объяснено ниже, система 100 модуля Т3 может свести к минимуму воздействие изменения полезной нагрузки на рабочие характеристики установки на карданном подвесе относительно управляемых осей установки на карданном подвесе.
Обратимся теперь к фиг.2, где показано прикрепленное сбоку устройство 102 для направления пучка, содержащее пример оптического модуля в виде модуля 200 Т3. Здесь устройство 102 для направления пучка показано повернутым на девяносто градусов от ориентации, показанной на фиг.1, так что путь входящего лазерного пучка 116 виден более ясно. Устройство 102 для направления пучка содержит корпус 202 устройства для направления пучка. Внутри корпуса 202 устройства для направления пучка расположен блок 204 оптических датчиков и оптический телескоп 206. Показанный блок 204 оптических датчиков содержит расширитель пучка, содержащий первичный элемент и вторичный элемент (не показаны). Следует иметь в виду, что первичный элемент расширителя пучка может быть отражающей поверхностью с вогнутым профилем, а вторичный элемент может быть отражающей поверхностью с выпуклым профилем. Альтернативные варианты реализации настоящего изобретения содержат расширители пучка, использующие линзы, а не отражающие поверхности. В соответствии с этим различные варианты реализации настоящего изобретения содержат расширители пучка, полностью выполненные из отражающих элементов, или расширители пучка, полностью выполненные из преломляющих элементов.
Показанный оптический телескоп 206 содержит трубу 208 оптического телескопа. Труба 208 оптического телескопа задана по существу цилиндрическим телом, имеющим продольную ось. Тело трубы 208 оптического телескопа содержит входную пропускающую апертуру 210А и выходную пропускающую апертуру 210В. Вместе пропускающие апертуры 210А, 210В дают возможность показанному входящему лазерному пучку 116 входить, проходить в боковом направлении поперек оптического телескопа 206 и выходить из него. В альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения единственная пропускающая апертура, расположенная на трубе 208 оптического телескопа, например, в виде (не ограничиваясь этим) удлиненной щели или выреза, дает возможность входящему лазерному пучку 116 проходить перпендикулярно или тангенциально через часть одной стороны оптического телескопа 206. Модуль 200 Т3 содержит первое зеркало 212 и второе зеркало 214. Также показан выходящий лазерный пучок 216, расширенный блоком 204 оптических датчиков.
На фиг.2 также показан пример структуры и оптический путь, по которому входящий лазерный пучок 116 направлен на вход отточки ввода на большой артиллерийской установке 104 и на выход через оптический телескоп 206. Точнее, от точки ввода на большой артиллерийской установке 104 и следуя по оптическому пути параллельно оси 112 возвышения устройства для направления пучка входящий лазерный пучок 116 проходит через двигатель 110 возвышения кольцевого устройства для направления пучка. Распространяясь далее по тому же самому оптическому пути, входящий лазерный пучок 116 проходит через входную пропускающую апертуру 210А в трубу 208 оптического телескопа. Распространяясь далее по тому же самому оптическому пути, входящий лазерный пучок 116 пересекает диаметр трубы 208 оптического телескопа и проходит через выходную пропускающую апертуру 210 для выхода из оптического телескопа 206. В альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения входящий лазерный пучок 116 проходит поперек части трубы 208 оптического телескопа, которая меньше длины диаметра.
После выхода из трубы 208 оптического телескопа входящий пучок 116 входит в модуль 200 Т3, где входящий пучок 116 попадает на первое зеркало 212 и испытывает отражение от него. В показанном варианте реализации настоящего изобретения первое зеркало 212 представляет собой зеркало быстрого управления пучком (FSM). Первое зеркало 212 использовано при автоматическом, выполняемом в режиме реального времени исправлении рассогласований вдоль оптического пути, таких как смещение и отклонение. В тех вариантах реализации настоящего изобретения, где есть только двигатель 110 возвышения устройства для направления пучка, второе зеркало 214 представляет собой простое плоское зеркало поворота. Отразившись от первого зеркала 212, входящий лазерный пучок 116 попадает на второе зеркало 214 и испытывает отражение от него. От второго зеркала 214 входящий лазерный пучок 116 идет в блок 204 оптических датчиков. Блок 204 оптических датчиков направляет входящий лазерный пучок 116 к первому концу оптического телескопа 206, где выходящий лазерный пучок 216 расширяется. Выходящий лазерный пучок 216 со второй длиной волны идет в продольном направлении через трубу 208 оптического телескопа и выходит из нее на втором конце. В альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения длина волны лазерных пучков 116, 216 одинаковая.
Обратившись к фиг. 1 и 3, можно видеть, что в варианте реализации устройства 102 для направления пучка в виде компоненты, прикрепленной к карданному подвесу большой артиллерийской установки 104, точность и аккуратность, необходимые для наведения большого орудия, менее требуются по сравнению с наведением лазерного пучка. Азимутальный двигатель орудия (не показан), возможно, не обладает достаточными характеристиками целеуказания, чтобы удерживать небольшой лазер на цели, расположенной к километрах от устройства 102 для направления пучка. В таком варианте реализации настоящего изобретения азимутальный двигатель 302 устройства для направления пучка способен быть добавленным к устройству 102 для направления пучка. Необходимо, чтобы азимутальный двигатель 302 устройства для направления пучка, создающий поворот вокруг азимутальной оси 304 устройства для направления пучка, обеспечивал перемещение лишь в несколько градусов. Азимутальный двигатель 302 устройства для направления пучка вместе с двигателем 110 возвышения устройства для направления пучка обеспечивает возможность улучшенного наведения на цель.
На фиг.3 и 4 показано прикрепленное сбоку устройство 102 для направления пучка с двигателем 110 возвышения устройства для направления пучка и модулем 200 Т3, как описано выше, вместе с азимутальным двигателем 302 устройства для направления пучка. Азимутальный двигатель 302 устройства для направления пучка осуществляет поворот относительно азимутальной оси 304 устройства для направления пучка. Входящий лазерный пучок 116 неизменен при повороте устройства 102 для направления пучка относительно азимутальной оси 304 устройства для направления пучка. Азимутальный поворот устройства 102 для направления пучка приводит к отражению входящего лазерного пучка 116 от первого зеркала 212 и второго зеркала 214 под различными углами. Это также приводит к сдвигу пятна входящего лазерного пучка 116 на отражающих поверхностях первого и второго зеркал 212, 214. Поворот устройства 102 для направления пучка относительно азимутальной оси 304 устройства для направления пучка вызывает смещение входящего лазерного пучка 116 и изменение угла (отклонение) при падении входящего лазерного пучка 116 на первое и второе зеркала 212, 214. Смещение пучка и угловые погрешности, возникающие в результате поворота устройства 102 для направления пучка вокруг азимутальной оси 304 устройства для направления пучка, исправляются модулем 200 Т3.
В тех вариантах реализации настоящего изобретения, в которых присутствуют двигатель 110 возвышения устройства для направления пучка и азимутальный двигатель 302 устройства для направления пучка, и первое зеркало 212 и второе зеркало 214 представляют собой зеркала быстрого управления пучком. Двух выполненных с возможностью поворота зеркал достаточно для одновременного исправления наклонения 402 лазерного пучка и смещения 404. Точнее, два зеркала 212, 214 быстрого управления пучком работают вместе для удержания входящего лазерного пучка 116 направленным на блок 204 оптических датчиков при фиксированном расположении и ориентации. В соответствии с этим преимущество настоящего изобретения состоит в том, что модуль 200 ТЗ поворачивает каждое из двух зеркал 212, 214 быстрого управления пучком вокруг двух осей (в общей сложности вокруг четырех осей поворота) для исправления отклонения 402 и смещения 404. В альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения любое из зеркал 212, 214 исправляет отклонение и/или смещение.
Преимущество оптического пути, описанного в настоящем изобретении и создаваемого модулем 200 Т3, состоит в минимизации влияния массы устройства 102 для направления пучка посредством сведения к минимуму расстояния между центром масс устройства 102 для направления пучка и азимутальной осью артиллерийской установки 106. Эти два фактора, масса и расстояние, влияют на добавленный момент инерции, связанный с устройством 102 для направления пучка, с которым способен бороться азимутальный двигатель артиллерийской установки (не показан). Таким образом, любая трассировка входящего лазерного пучка 116, включающая расположение оптического телескопа 206 перед, позади или около входящего лазерного пучка 116, должна приводить к большему и более тяжелому компоненту, прикрепленному к карданному подвесу. Однако альтернативные варианты реализации настоящего изобретения могут включать осуществление такой трассировки модулем 200 Т3.
Устройство 102 для направления пучка должно быть сбалансировано по массе относительно оси 112 возвышения устройства для направления пучка для предотвращения перегрева двигателя 110 возвышения устройства для направления пучка под воздействием весовой нагрузки. Кроме того, асимметрия устройства 102 для направления пучка вокруг оси 112 возвышения устройства для направления пучка может быть обеспечена противовесами, предназначенными для поддержания равновесия. Для разрешения этих и сопутствующих проблем настоящее изобретение предлагает осуществлять трассировку входящего лазерного пучка 116 по меньшей мере через одну пропускающую апертуру и поперек - перпендикулярно, по касательной или частично - оптического телескопа 206 и выходящего лазерного пучка 216.
Следует иметь в виду, что система 100 модуля Т3 может содержать одну или несколько систем управления для обеспечения работы различных компонент и передачи и направления лазерных пучков 116, 216, содержащих: двигатель 110 возвышения устройства для направления пучка; азимутальный двигатель 302 устройства для направления пучка; первое зеркало 212; второе зеркало 214; и блок 204 оптических датчиков. Система (ы) управления, содержащая элементы, обычные для оптических систем, например (не ограничиваясь этим) модули сбора данных, датчики, компьютер, их комбинации и т.п., может содействовать (или давать вклад) возможностям коммуникационной связи или операционного взаимодействия различных компонентов большой артиллерийской установки 104 и/или системы 100 модуля Т3. Например, система 100 модуля Т3 с его собственным азимутальным двигателем 302 устройства для направления пучка способна быстро перемещаться по азимуту, а большая артиллерийская установка 104 может следовать сзади по азимуту с более низкой частотой, создавая индуцированную неустойчивость. Для разрешения этого затруднения система управления может управлять системой модуля Т3 100, которая в свою очередь посылает команды в виде ненагруженного цикла в большой азимутальный двигатель артиллерийской установки (не показан), устраняя посредством этого индуцированную неустойчивость.
Могут быть рассмотрены и использованы любые разновидности компьютера и программного обеспечения, совместимые с соответствующими модулями сбора данных, измерительной аппаратурой и т.п. Компьютер представляет собой любое устройство, способное выполнять команды программного обеспечения с возможностью приема и обработки данных от модулей сбора данных, датчиков и т.п. Таким образом, компьютер представляет собой такое устройство как (не ограничиваясь этим) сервер, настольный компьютер, нетбук, планшет и/или ноутбук, комбинации этого и т.п. Обычный компьютер содержит центральный процессор, системную память, содержащую запоминающее устройство с произвольной выборкой (РАМ) и постоянное запоминающее устройство (ROM), и системную шину, соединяющую память с центральным процессором. Основная система ввода-вывода, содержащая основные процедуры, помогающие переносить информацию между элементами в пределах архитектуры компьютера, например во время запуска, хранится в ROM. Компьютер, кроме того, содержит запоминающее устройство большой емкости для хранения операционной системы.
Запоминающее устройство большой емкости присоединено к центральному процессору через контроллер запоминающего устройства большой емкости, присоединенный к шине. Запоминающее устройство большой емкости и связанные с ним машиночитаемые носители обеспечивают возможность энергонезависимого хранения для компьютера. Хотя содержащееся здесь описание машиночитаемых носителей относится к запоминающему устройству большой емкости, например к жесткому диску или дисководу для компакт-дисков, совершенно понятно, что машиночитаемые носители могут быть любым компьютерным носителем памяти или коммуникационной средой, которые доступны архитектуре компьютера.
В число коммуникационных сред входят доступные для считывания компьютером команды, структуры данных, программные модули или другие данные в виде модулированного сигнала данных, такого как несущая волна или другой механизм переноса, а также любые среды доставки. Термин «модулированный сигнал данных» означает сигнал, одна или несколько характеристик которого были изменены или установлены некоторым способом для кодирования информации в сигнале. В качестве примера, не вводя при этом ограничений, отметим, что в число коммуникационных сред входят проводная связь, например проводная сеть или непосредственное проводное соединение, и беспроводная связь, например акустическая, радиочастотная, инфракрасная и беспроводная связь других типов. Комбинации любых вышеупомянутых типов должны также быть включены в список доступных для считывания компьютером сред.
В качестве примера, не вводя при этом ограничений, отметим, что запоминающая среда компьютера может включать энергозависимые и энергонезависимые, съемные и несъемные носители, выполненные любым способом или по любой технологии и предназначенные для хранения информации, такой как доступные для считывания компьютером команды, структуры данных, программные модули или другие данные. Например, компьютерные средства включают, не ограничиваясь этим, запоминающее устройство с произвольной выборкой (РАМ), постоянное запоминающее устройство (ROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM), электронно-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM), флэш-память или другое устройство, выполненное по твердотельной технологии, постоянное запоминающее устройство на компакт-диске (CD-ROM), универсальный цифровой диск (DVD), универсальный цифровой диск с записями высокого разрешения (HD-DVD), диск высокого разрешения, работающий на основе сине-фиолетового лазера (BLU-RAY), или другие средства оптического хранения, магнитная кассета, магнитная лента, запоминающее устройство на магнитных дисках или другие устройства магнитного хранения, или любая другая среда, которую можно использовать для хранения желаемой информацию и к которой может получить доступ архитектура вычислительной системы. Для целей, связанных с пунктами формулы изобретения, отметим, что выражение «запоминающая среда компьютера» и его разновидности по сути не содержат волн, сигналов и/или других кратковременных и/или нематериальных коммуникационных сред.
Входящий лазерный пучок традиционно направлен на карданно подвешенную систему с двумя осями посредством конструкции с куде-путем. На фиг.5А показано, как входящий лазерный пучок 502 был бы, вероятно, направлен, при использовании куде-пути к обычному компоненту, прикрепленного сбоку к карданному подвесу, например к устройству 102 для направления пучка. С той же самой позиции фиг.5В поясняет один пример того, как входящий лазерный пучок 116 мог бы быть направлен при использовании модуля 200 Т3. Показанная на фиг.5В оптическая траектория названа здесь путем модуля ТЗ. Совместное рассмотрение фиг.5А и 5В сопоставляет пути соответствующих лазерных пучков 502, 116 и показывает дополнительные преимущества настоящего изобретения.
Как показано на фиг.5А, устройство 102 для направления пучка прикреплено к монтажной поверхности 503 карданно подвешенной системы. Следуя по куде-пути, входящий лазерный пучок 502 попадает на первое зеркало 504 и претерпевает отражение под прямым углом ко второму зеркалу 506. От второго зеркала 506 лазерный пучок 502 отражен под прямым углом на третье зеркало 508. От третьего зеркала 508 лазерный пучок 502 отражен к блоку 204 оптических датчиков. Обычно зеркала куде-пути неподвижны и куде-путь не направляет входящий лазерный пучок 502 через оптический телескоп 206 или выходящий лазерный пучок 216. С точки зрения карданно подвешенной системы конфигурация с куде-путем, использованная для компоненты, прикрепленной сбоку к карданному подвесу, приводит к тому, что центр 510 тяжести, в общем, далек от монтажной поверхности 503. Кроме того, структура, необходимая для создания куде-пути, в общем, тяжелая, что увеличивает воздействие смещения центра 510 тяжести. Расположение центра 510 тяжести непосредственно воздействует на рабочие характеристики карданно подвешенной системы.
Как показано на фиг. 5В, устройство 102 для направления пучка прикреплено к монтажной поверхности 503 карданно подвешенной системы. Следуя по пути модуля Т3, входящий лазерный пучок 116 сначала направлен через оптический телескоп 206 и через выходящий лазерный пучок 216, и затем к модулю 200 Т3. Внутри модуля 200 Т3 входящий лазерный пучок 116 попадает на первое зеркало 212 и претерпевает отражение ко второму зеркалу 214. От второго зеркала 214 входящий лазерный пучок 116 отражен к блоку 204 оптических датчиков. С точки зрения карданно подвешенной системы такой путь входящего лазерного пучка 116, использованный для компоненты, прикрепленной сбоку к карданному подвесу, приводит к тому, что центр 510 тяжести, в общем, близок к монтажной поверхности 503. Кроме того, настоящее изобретение описывает структуру, которая, в общем, легкая, что уменьшает воздействие смещения центра 510 тяжести. Таким образом, преимущество настоящего изобретения состоит в уменьшении веса и уменьшении сдвига центра 510 тяжести, причем оба этих преимущества минимизируют влияние прикрепленной сбоку и расположенной на карданном подвесе компоненты. В альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения путь модуля Т3 может быть сдвинут и реконфигурирован с возможностью трассировки в боковом направлении через оптический телескоп 206 и затем в продольном направлении через оптический телескоп 206.
Существуют дополнительные отличия между пучком 502, направленным вдоль куде-пути, и пучком 116, направленным вдоль пути модуля Т3, указывающие на преимущества настоящего изобретения. Первое отличие в том, что куде-путь требует трех зеркал 504, 506, 508, а путь модуля Т3 содержит два зеркала 212, 214. Второе отличие в том, что зеркала 504, 506, 508 куде-пути статичны, а одно или оба из зеркал 212, 214 пути модуля Т3 выполнены шарнирными и компенсируют отклонение 402 и смещение 404. Еще одно отличие в том, что зеркала 504, 506, 508 куде-пути выполнены стационарными, а зеркала 212, 214 пути система модуля Т3 выполнены с возможностью поворота вокруг азимутальной оси 304 устройства для направления пучка вместе с оптическим телескопом 206. Еще одно отличие в том, что зеркала 504, 506, 508 куде-пути расположены на той же самой стороне оптического телескопа 206, что и входящий пучок 502, а зеркала 212, 214 пути модуля Т3 расположены на противоположной стороне оптического телескопа 206, что обеспечивает возможность центру 510 тяжести устройства 102 для направления пучка располагаться ближе к монтажной поверхности 503.
Обратимся теперь к фиг.6, где показана иллюстративная процедура 600 трассировки входящего лазерного пучка 116 внутри компонента, прикрепленного сбоку к карданному подвесу. Совершенно понятно, что может быть выполнено больше или меньше операций, чем показано на фиг.6 и описано здесь. Кроме того, эти операции могут также быть выполнены в порядке, отличном от описанного здесь.
Процедура 600 берет начало с операции 602 выполнения оптического телескопа 206. Оптический телескоп 206 содержит трубу 208 оптического телескопа, содержащую по меньшей мере одну пропускающую апертуру 210. Один способ выполнения оптического телескопа 206 включает крепление сбоку устройства 102 для направления пучка, содержащего оптический телескоп 206, содержащий трубу 208 оптического телескопа по меньшей мере с одной пропускающей апертурой 210, к карданно подвешенной системе, такой как большая артиллерийская установка 104.
Процедура идет дальше от операции 602 к операции 604, где входящий лазерный пучок 116, выходящий из большой артиллерийской установки 104, направляют в устройство 102 для направления пучка. Входящий лазерный пучок 116 трассируют поперек трубы 208 оптического телескопа вдоль пути, по существу перпендикулярного к его продольной оси, позволяя входящему лазерному пучку 116 войти в трубу 208 оптического телескопа через первую пропускающую апертуру 210А, пройти в боковом направлении поперек внутренней части трубы 208 оптического телескопа и выйти из трубы 208 оптического телескопа через вторую пропускающую апертуру 210В. В альтернативных вариантах реализации настоящего изобретения входящий лазерный пучок 116 направлен - в боковом направлении, по касательной или частично - попрек трубы 208 оптического телескопа под каким-либо тупым или острым углом относительно трубы 208 оптического телескопа.
Процедура 600 идет дальше от операции 604 к операции 606, где входящий лазерный пучок 116 выходит из оптического телескопа 206 и направлен на первое зеркало 212. Входящий лазерный пучок 116 претерпевает отражение от первого зеркала 212 и направлен на второе зеркало 214. Процедура идет дальше от операции 604 к операции 608, где входящий лазерный пучок 116 отражен от второго зеркала 214 в блок 204 датчиков.
Процедура 600 идет дальше от операции 608 к операции 610, где одно или оба зеркала 212, 214 выполнены с возможностью поворота и эти два зеркала 212, 214 вместе поддерживают входящий лазерный пучок 116, направленный при фиксированном положении и ориентации в блок 204 датчиков. Если пример реализации настоящего изобретения содержит азимутальный двигатель 302 устройства для направления пучка, эти два зеркала 212, 214 могут быть зеркалами быстрого управления пучком, которые одновременно исправляют отклонение 402 и смещение 404 входящего лазерного пучка 116.
Процедура 600 идет дальше от операции 610 к операции 612, где выходящий лазерный пучок 216 покидает блок 204 датчиков и идет в продольном направлении вдоль длины оптического телескопа 206. Эта операция 612 включает трассировку выходящего лазерного пучка 216 в продольном направлении через оптический телескоп 206 при одновременной трассировке входящего лазерного пучка 116 в боковом направлении поперек оптического телескопа 206.
Процедура идет дальше от операции 612 к операции 614, где возникает запрос о продолжении или остановке. При принятии решения о продолжении происходит возврат процедуры к операции 604, где входящий лазерный пучок 116, выходящий из большой артиллерийской установки 104, направлен в устройство 102 для направления пучка. При принятии решения об остановке происходит окончание процедуры на операции 616.
Описанный выше предмет изобретения представлен лишь для иллюстрации и не должен рассматриваться как ограничение. Различные модификации и изменения могут быть внесены в описанный здесь предмет изобретения, не следуя примерам реализации настоящего изобретения, а также поясняемым и описанным приложениям, но не отступая от истинной сущности и объема настоящего изобретения, которые сформулированы в последующих пунктах формулы изобретения.
1. Устройство для направления пучка, содержащее:
двигатель возвышения устройства для направления пучка, выполненный с возможностью поворота устройства для направления пучка вокруг оси возвышения;
азимутальный двигатель устройства для направления пучка, выполненный с возможностью поворота устройства для направления пучка вокруг азимутальной оси, причем азимутальная ось пересекает ось возвышения;
блок оптических датчиков;
трубу оптического телескопа, заданную по существу цилиндрическим телом, содержащим продольную ось и определяющим оптический телескоп, расположенный в непосредственной близости к блоку оптических датчиков и операционно связанный с ним, причем продольное направление соответствует выходящему лазерному пучку;
входную пропускающую апертуру и выходную пропускающую апертуру, каждая из которых расположена на цилиндрическом теле трубы оптического телескопа и которые задают оптический путь между входной пропускающей апертурой и выходной пропускающей апертурой по существу перпендикулярно к продольной оси трубы оптического телескопа так, что обеспечена возможность направления лазерного пучка параллельно оси возвышения в боковом направлении через входную пропускающую апертуру, пересечения диаметра трубы оптического телескопа и выхода в боковом направлении через выходную пропускающую апертуру; и
оптический модуль, расположенный в непосредственной близости к трубе оптического телескопа и содержащий первое зеркало и второе зеркало, выполненные с возможностью направления входящего лазерного пучка, выходящего из трубы оптического телескопа, к блоку оптических датчиков.
2. Устройство по п. 1, в котором блок оптических датчиков содержит расширитель пучка, принимающий входящий лазерный пучок от второго зеркала и передающий расширенный лазерный пучок через трубу оптического телескопа вдоль продольной оси.
3. Устройство по п. 1, в котором первое зеркало выполнено с возможностью поворота и исправления смещения или отклонения входящего лазерного пучка.
4. Устройство по п. 1, в котором второе зеркало выполнено с возможностью поворота и исправления смещения или отклонения входящего лазерного пучка.
5. Оптическая система для трассировки пучка электромагнитной энергии, содержащая:
трубу телескопа, заданную по существу цилиндрическим телом и имеющую первый и второй конец и продольную ось, определяющую телескоп, причем продольное направление соответствует выходящему лазерному пучку электромагнитной энергии;
по меньшей мере одну пропускающую апертуру, расположенную на цилиндрическом теле трубы телескопа и выполненную с обеспечением возможности вхождения первого пучка электромагнитной энергии в трубу телескопа через указанную по меньшей мере одну пропускающую апертуру в боковом направлении вдоль оси возвышения по существу перпендикулярно к продольной оси трубы телескопа, прохождения в боковом направлении поперек трубы телескопа вдоль оси возвышения и выхода в боковом направлении из трубы телескопа вдоль оси возвышения;
первое зеркало, расположенное в непосредственной близости от пропускающей апертуры и выполненное с возможностью отражения первого пучка электромагнитной энергии, выходящего из трубы телескопа, от оси возвышения ко второй оси;
второе зеркало, расположенное в непосредственной близости от первого зеркала и выполненное с возможностью отражения первого пучка электромагнитной энергии от второй оси к третьей оси;
двигатель возвышения устройства для направления пучка, выполненный с возможностью поворота трубы телескопа вокруг оси возвышения;
азимутальный двигатель устройства для направления пучка, выполненный с возможностью поворота трубы телескопа вокруг азимутальной оси, причем азимутальная ось пересекает ось возвышения; и
оптический датчик, расположенный в непосредственной близости от второго зеркала и выполненный с возможностью приема и направления первого пучка электромагнитной энергии от третьей оси через конец трубы телескопа вдоль указанной продольной оси.
6. Система по п. 5, в которой оптический датчик содержит расширитель пучка, передающий второй пучок электромагнитной энергии через трубу телескопа вдоль указанной продольной оси.
7. Система по п. 5, в которой первое зеркало выполнено с возможностью поворота для исправления смещения или отклонения первого пучка электромагнитной энергии.
8. Система по п. 5, в которой второе зеркало выполнено с возможностью поворота для исправления смещения или отклонения первого пучка электромагнитной энергии.
9. Система по п. 5, дополнительно содержащая карданный подвес, прикрепленный к трубе телескопа и вращающий трубу телескопа вокруг оси возвышения или азимутальной оси.
10. Способ трассировки пучка электромагнитной энергии, включающий:
обеспечение наличия трубы оптического телескопа, заданной по существу цилиндрическим телом и содержащей:
первый конец, второй конец и продольную ось, определяющую оптический телескоп, причем продольное направление соответствует выходящему лазерному пучку электромагнитной энергии, выходящему из трубы оптического телескопа на втором конце; и
по меньшей мере одну пропускающую апертуру, расположенную на цилиндрическом теле трубы оптического телескопа и выполненную с обеспечением возможности вхождения первого пучка электромагнитной энергии в трубу оптического телескопа через указанную по меньшей мере одну пропускающую апертуру в боковом направлении вдоль оси возвышения по существу перпендикулярно к продольной оси трубы оптического телескопа, прохождения в боковом направлении поперек трубы оптического телескопа вдоль оси возвышения и выхода в боковом направлении из трубы оптического телескопа вдоль оси возвышения;
обеспечение наличия двигателя возвышения для поворота трубы оптического телескопа вокруг оси возвышения;
обеспечение наличия азимутального двигателя для поворота трубы оптического телескопа вокруг азимутальной оси, причем азимутальная ось пересекает ось возвышения;
обеспечение наличия оптического модуля, содержащего первое зеркало и второе зеркало, расположенные в непосредственной близости от указанной по меньшей мере одной пропускающей апертуры;
направление первого пучка электромагнитной энергии с первой длиной волны в указанную по меньшей мере одну пропускающую апертуру в боковом направлении через трубу оптического телескопа для выхода из трубы оптического телескопа к первому зеркалу;
трассировку первого пучка электромагнитной энергии с первой длиной волны от первого зеркала вдоль второй оси и ко второму зеркалу;
трассировку первого пучка электромагнитной энергии с первой длиной волны от второго зеркала вдоль третьей оси к оптическому датчику и
направление первого пучка электромагнитной энергии с первой длиной волны от оптического датчика в трубу оптического телескопа вдоль продольной оси.
11. Способ по п. 10, дополнительно включающий использование расширителя пучка.
12. Способ по п. 11, дополнительно включающий передачу через оптический телескоп второго пучка электромагнитной энергии со второй длиной волны.
13. Способ по п. 10, дополнительно включающий выполнение первого зеркала с возможностью поворота.
14. Способ по п. 13, дополнительно включающий выполнение второго зеркала с возможностью поворота.
15. Способ по п. 14, дополнительно включающий исправление по меньшей мере смещения или отклонения первого пучка электромагнитной энергии путем поворота по меньшей мере одного из следующего: первого или второго зеркала.
16. Способ по п. 10, дополнительно включающий крепление трубы оптического телескопа к карданно подвешенной системе.
