Система управления огнём образцов бронетанкового вооружения

Система управления огнем (СУО) для образцов бронетанкового вооружения (БТВ) содержит прицелы командира (ПК) и наводчика (ПН) с лазерными дальномерами, прицел-дублер наводчика (ПДН), блок цифровой обработки (БЦО), датчики горизонтального и вертикального наведения прицелов, систему внешнего видеонаблюдения (СВВН), датчик башни, высокоскоростную шину данных, видеосмотровые устройства (ВСУ), пульты и панели управления командира и наводчика. БЦО представляет собой удаленный компьютер, содержащий размещенные на машиночитаемом носителе память для хранения данных и измерительное приложение. Измерительное приложение содержит модуль обмена данными, модуль калибровки, модуль интерфейса, модуль автосопровождения, модуль повышения разрешения изображений камер, модули считывания и записи внутренних и внешних параметров соответственно, модуль взаимной ориентации. Обеспечивается повышение живучести БТВ на поле боя, повышение надежности СУО, повышение скорости проведения измерений, повышение точности стрельбы, предварительная подготовка решений для командира в боевой обстановке. 7 ил.

 

Изобретение относится к области бронетанкового вооружения (БТВ) и может быть использовано для осуществления пассивного определения параметров (координат, дальностей, размеров, скоростей и направления движения) обнаруженных целей и важных объектов на танках, боевых машинах пехоты, бронетранспортерах, артиллерийских системах и наземных роботизированных, в том числе автономных и дистанционно управляемых разведывательно-ударных комплексах военного назначения, и т.п. Изобретение рассчитано прежде всего на современные образцы БТВ с цифровыми оптико-электронными системами прицеливания и видеонаблюдения. Реализация предлагаемой системы управления огнем (СУО) возможна при разработке новых и в ходе модернизации существующих образцов БТВ и в целом направлено на повышение показателей их тактико-технических характеристик.

Современные СУО образцов БТВ представляют собой сложные комбинированные системы, в состав которых входят вооружение, прицельно-наблюдательный комплекс и другие системы, взаимодействующие между собой в процессе работы. При этом состав прицельно-наблюдательного комплекса (ПНК), даже в новейших перспективных образцах БТВ остается практически неизменным, традиционно включающем прицелы командира и наводчика, а также обеспечивающую их работу аппаратуру. В некоторых случаях к ним добавляется зенитный прицел, прицел-дублер наводчика или автомат сопровождения целей. Также для обеспечения обзора экипажу все чаще вместо или дополнительно к триплексам применяются видеокамеры, расположенные по периметру боевой бронированной машины. Классическим для СУО существующих образцов БТВ является применение лазерных дальномеров (ЛД). Определяется это их высокими точностными характеристиками, надежностью, компактностью аппаратуры и реальными перспективами ее улучшения за счет микроминиатюризации элементной базы, а также простотой процесса измерения дальности, не требующего специальных качеств и подготовки операторов.

Так, отдаленным аналогом к заявляемому изобретению является комплекс управления вооружением танка (Пат. РФ на изобретение №2226664, МПК 7 F41G 5/24, опубл. 10.04.2004 г. по заявке №2002110205/02 от 17.04.2002 г., Конструкторское бюро транспортного машиностроения), содержащий стабилизатор вооружения пушки с приводом в плоскости вертикального наведения и приводом башни, электронный баллистический вычислитель, комплекс механизма заряжания, рабочие места наводчика и командира, основной прицел наводчика и панорамный прицел командира с оптическим, тепловизионным и дальномерным каналами, пультами управления линиями визирования прицелов, дисплеями визуального отображения информации и переключателями, унифицированный электронный моноблок, многофункциональный пульт, дисплей с элементами переключения режимов и регулировок изображения, с электрическими выключателями, с пультом управления линией визирования прицела. Данное изобретение обеспечивает повышение технических и эксплуатационных характеристик комплекса управления вооружением танка с обеспечением наводчику и командиру равных функциональных возможностей в управлении огнем и улучшение эргономики рабочих мест.

Недостатком является то, что данная система не позволяет решать задачи интеллектуальной многоканальной обработки видеоизображений из-за наличия только тепловизионных, оптических и дальномерных каналов в прицелах.

В качестве аналога также может быть рассмотрена компьютерно-телевизионная система управления стрельбой (Пат. РФ на изобретение №2226319, МПК 7 H04N 5/33, G06F 19/00, G06F 171:00, опубл. 27.03.2004 г. по заявке №2002113719/09 от 28.05.2002 г., патентообладатель Московское конструкторское бюро «Электрон»), содержащая двухканальный телевизионный прицел, лазерный дальномер, баллистический вычислитель, датчик давления, датчик температуры и влажности, датчик силы и направления ветра, датчик угла места цели, датчик точки надира. Данное изобретение качественно повышает точность стрельбы за счет максимального учета влияющих на точность стрельбы факторов.

Недостатком данной системы является то, что данная система не позволяет обеспечивать прием и одновременную обработку двух видеосигналов и решать задачу интерактивного захвата и сопровождения объекта.

Более близким аналогом к заявляемому изобретению является интеллектуальная СУО боевой машины (Пат. РФ на полезную модель №98237 МПК F41G 5/00, опубл. 10.10.2010 г. по заявке №2010121999/02 от 10.10.2010 г., патентообладатель Открытое акционерное общество «Научно-конструкторское бюро вычислительных систем»), содержащая прицел наводчика многоканальный тепловизионный, прицел командира панорамный, датчики, блок управления стабилизатора вооружения, блок управления системы управления дополнительным вооружением, блок управления автомата заряжания, автоматизированные рабочие места наводчика и командира, прицел-дублер телевизионный, видеосистему кругового обзора, блок сопряжения датчиков, блок коммутации видеосигналов, многофункциональный блок управления, два мультиплексных канала информационного обмена.

При этом работа данной СУО невозможна при отказе средств обработки видеоизображений, что существенно снижает надежность системы.

Еще более близким аналогом изобретения по п. 1 является СУО боевой машины (Пат. РФ на полезную модель №134624, МПК 7 F41G 5/24, опубл. 20.11.2013 по заявке 2013130584/28 от 02.07.2013, патентообладатели Открытое акционерное общество «Уральское конструкторское бюро транспортного машиностроения» и Открытое акционерное общество «Научно-конструкторское бюро вычислительных систем»), содержащая прицел наводчика многоканальный, прицел командира панорамный, прицел-дублер телевизионный, блок коммутации видеосигналов, блок управления системы управления дистанционной пулеметной установкой, видеосмотровые устройства командира и наводчика и пульты командира и наводчика, датчики, учитывающие положение пушки, положение башни, датчик крена и тангажа, датчик ветра, датчик изгиба ствола пушки, датчик скорости, мультиплексный канал информационного обмена, блок управления автомата заряжания, блок управления стабилизацией вооружения, блок цифровой обработки видеоизображений, пульт загрузки, пульт управления системы управления огнем боевой машины и автомата заряжания, аппаратуру сопряжения и ввода поправок, мультиплексный канал информационного обмена, цифровой канал информационного обмена типа RS 422 и цифровой канал информационного обмена типа CAN.

Недостатки этой СУО заключаются в необеспечении эффективного поражения всей номенклатуры целей, предназначенных для БМ рассматриваемого типа, возможности использования специального оружия для каждого типа цели, невозможности дистанционного управления основным вооружением, отсутствии управляемого оружия с независимой от основного оружия стабилизацией, недостаточно высокой надежности системы обнаружения и сопровождения целей из-за отсутствия дублирования этих процессов.

В качестве прототипа выбрана СУО (Пат. РФ на изобретение №92718186 F41H 7/02, F41G 5/24, F41G 3/00, F41F 3/04, опубл. 31.03.2020 г. по заявке №2018144399, от 14.12.2018 г., патентообладатель Открытое акционерное общество «Российская Федерация в лице Министерства обороны РФ»), содержащая прицел наводчика, прицел командира, блок управления системы наведения вооружения, блок обработки видеоизображения, видеомодули наводчика и командира, пульты командира и наводчика, датчики, учитывающие положение башни и пушки, датчик крена и тангажа, датчики ветра, скорости носителя, дополнительно введены второй блок обработки видеоизображения, устройства ввода наводчика и командира, блок управления автоматикой, блок управления пушкой, блок управления пусковой установкой малого калибра, блок управления пусковой установкой большего калибра, комплекс дистанционного управления временем подрыва снаряда, блок управления автоматизированным рабочим местом, датчик температуры заряда, измеритель состояния атмосферы, блок защиты и коммутации, вращающееся контактное устройство, цифровые каналы информационного обмена CAN, цифровой и аналоговый видеоканалы. Блок управления автоматикой содержит модуль вычисления баллистических поправок, модуль управления видеомодулем, модуль управления автоматикой, блок сопряжения, вторичный источник питания и стабилизатор тока. Изобретение решает задачи повышения точности и эффективности стрельбы, а также поисковые возможности СУО.

Основной недостаток как аналогов, так и прототипа заключается в малых показателях скрытности работы СУО, связанных с применением в его составе ЛД.

Так, основываясь на активном принципе действия лазерных дальномеров, с целью повышения боевой живучести вооружения и военной техники активно разрабатываются как специальные покрытия и маскировочные сети, частично поглощающие и рассеивающие лазерное излучение, так и системы оптико-электронного подавления, позволяющее с помощью оптических датчиков, установленные на объекте выявлять как сам факт измерения, так и определять направление на работающее лазерное устройство дальнометрирования или целеуказания.

На сегодняшний день такими системами оснащены образцы бронетанкового вооружения как отечественных вооруженных сил, так и армий ведущих стран мира.

С применением систем предупреждения о лазерном облучении значительно теряется эффект неожиданности при проведении первого огневого контакта с противником, который имеет возможность организовывать противодействие системе наведения. При этом сама дислокация образца БТВ будет в значительной степени обнаружена еще до открытия огня, что отрицательно может сказаться на его живучести, вследствие организации встречного огневого воздействия. Вместе с этим даже с учетом дублирования ЛД у наводчика и командира бронеобъекта данное средство - единственное. Это, в свою очередь, означает, что при выходе из строя или в случаях неблагоприятных для лазерного излучения внешних условий, таких как дождь, туман, пылевая буря, аэрозольная завеса, в том числе и его перегреве СУО не сможет обеспечить высокую вероятность поражения цели из-за снижения точности или невозможности измерения дальности. Кроме этого исключительное применение ЛД в связи с невозможностью определения дальностей, координат и параметров движения одновременно нескольких целей накладывает ограничение на возможность реализации в составе СУО интеллектуальной системы визуального анализа изображений, предназначенной для предварительной подготовки правильного решения для командира в сложившейся боевой обстановке.

В связи с этим, на практике особенно при боестолкновении с технологически развитым противником будут возникать ситуации, когда успешное применение танкового вооружения, в системах наведения которого используются лазерные устройства измерения дальности, по объектам, оснащенным средствами предупреждения о лазерном облучении, а также в условиях низкой прозрачности атмосферы или малой эффективной поверхности рассеивания цели может оказаться малоэффективным, особенно, когда приоритетно обеспечение скрытности своих намерений и действий.

Исходя из этого задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в реализации дополнительно к штатным лазерным средствам для СУО современных образцов БТВ возможности в реальном масштабе времени определения дальностей, координат и параметров движения всех обнаруженных целей и важных объектов без воздействия на них активным излучением.

Решение данной задачи достигается за счет:

- размещения на образце БТВ системы внешнего видеонаблюдения, обеспечивающей совместно со штатными прицелами многократное перекрытие своими полями зрения обозреваемого пространства вокруг бронеобъекта;

- расширения функциональных возможностей блока цифровой обработки СУО путем введения в него дополнительных программно исполняемых модулей, обеспечивающих комплексную автоматическую обработку видеоизображений с оптико-электронных каналов прицелов, приборов и камер внешнего видеонаблюдения бронеобъекта.

Основными техническими результатами, обеспечиваемыми приведенной совокупностью признаков, является:

- повышение показателей скрытности работы СУО, и как следствие повышение живучести образца БТВ на поле боя, за счет снижения эффективности, принимаемых противоборствующей стороной мер, средств и автоматических систем противодействия системам наведения с лазерными дальномерами и целеуказателями;

- повышение надежности работы СУО за счет обеспечения возможности определения дальностей, координат и параметров целей и важных объектов в ситуациях, когда применение ЛД невозможно (перегрев, выход из строя) или малоэффективно (аэрозольная или дымовая завеса, малая эффективная поверхность рассеивания объекта и т.п.);

- повышение скорости проведения измерений до множества целей или важных объектов за счет отсутствия необходимости последовательного наведения на каждый из обнаруженных объектов центральной прицельной марки прицела;

- увеличение количества анализируемых информационных признаков при вычислении установок для стрельбы (что способствует возможности повышения точности стрельбы) и при реализации в составе СУО интеллектуальной системы визуального анализа изображений, предназначенной для предварительной подготовки решения для командира в сложившейся боевой обстановке.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и тем более не ограничивают весь объем притязаний данного изобретения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:

на фиг. 1 показан состав описываемой СУО с учетом достижения заявленного технического результата;

на фиг. 2 иллюстрируется взаимное положение системы координат образца БТВ и системы координат его башни;

на фиг. 3 показан вариант размещения камер системы внешнего видеонаблюдения на башне образца БТВ;

на фиг. 4 иллюстрируется понятие ближнего и дальнего измерительного пространства, получаемого при пересечении полей зрения камер прицелов и СВВН;

на фиг. 5 показан состав блока цифровой обработки, обеспечивающего цифровую обработку изображений и определение параметров целей;

на фиг. 6 иллюстрируются понятия внутренних параметров камеры, размещение и ориентация ее системы координат относительно цифрового изображения;

на фиг. 7 показан пример формы управления изображением.

Описываемая СУО с учетом получаемых технических результатов должна содержать по крайней мере (Фиг. 1):

- прицелы командира 1 и наводчика 2 (ПК и ПН);

- прицел-дублер наводчика 5 (ПДН) (на чертежах не показан);

- систему внешнего видеонаблюдения 15 (СВВН);

- датчики 2, 4, 6 наведения головных блоков ПК 1, ПН 2 и ПДН 5;

- пульты управления командира 7 и наводчика 8 (ПУК и ПУН);

- шину данных 9;

- панели управления командира 11 и наводчика 12 (ПнУК и ПнУН);

- видеосмотровые устройства (ВСУ) командира 13 и наводчика 14;

- блок цифровой обработки 10 (БЦО);

- датчик башни 9 (ДБ),

- а также прочие подсистемы и датчики 16, обеспечивающие выполнение всего перечня функциональных возможностей и эффективную работу современных СУО, но не связанные непосредственно с достигаемыми техническими результатами заявленного изобретения.

Шина данных 10 является последовательной информационной шиной, выполненной с возможностью подключения дополнительных информационно-исполнительных блоков, а также групп пространственно разнесенных электронных устройств или систем и осуществления информационного высокоскоростного обмена между ними с использованием резервных пачек данных основного протокола либо информационного обмена по своим протоколам, либо через шлюзы.

К шине данных 10 своими информационными выходами через соответствующие протоколы подсоединены прицелы 1, 3, 5, датчики 2, 4, 6, 9, пульты 7, 8, БЦО 10, СВВН 15 и прочие подсистемы и датчики 16.

ПК 1 может иметь модульную или перископическую конструкцию, выполняется в панорамном исполнении с двухплоскостной независимой стабилизацией поля зрения и содержит по крайней мере цифровые телевизионный и тепловизионный каналы, а также лазерный дальномер. ПК 1 устанавливается в бронированном контейнере с защитным стеклом на башне 17 бронеобъекта (Фиг. 2). Кроме этого ПК 1 должен быть оснащен датчиками 2 вертикального и горизонтального наведения (ВН и ГН), обеспечивающими получение текущих значений углов β_ПК, α_ПК отклонения оптической оси прицела от начального (нулевого) положения, соответственно, в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

ПУК 3 предназначен для наведения центральной прицельной марки ПК 1 на обнаруженные цели, перемещения поля зрения ПК 1 при проведении поиска целей и осуществления стрельбы командиром бронеобъекта из пулеметной установки ПК 1 или основного вооружения при включении режима дублированного управления вооружением.

ПН 3 может иметь модульную или перископическую конструкцию, выполняется многоканальным с двухплоскостной независимой стабилизацией поля зрения с цифровыми телевизионным и тепловизионным каналами, лазерным дальномером и каналом управления ракетой. ПН 3 устанавливается в бронированном контейнере с защитным стеклом на башне 17 бронеобъекта. ПН 3 должен быть оснащен датчиками 4 вертикального и горизонтального наведения (ВН и ГН), обеспечивающими получение текущих значений углов β_ПН, α_ПН отклонения оптической оси прицела от начального (нулевого) положения, соответственно, в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

ПУН 8 предназначен для наведения центральной прицельной марки ПН 3 на обнаруженные цели, перемещения поля зрения ПН 3 при проведении поиска целей и осуществления стрельбы из основного вооружения управляемыми и неуправляемыми боеприпасами.

ПДН 5 предназначается для ведения стрельбы из основного вооружения бронеобъекта в случае выхода из строя или повреждения основного ПН 3. ПДН 5 выполняется с зависимой от вооружения или независимой стабилизацией поля зрения и оснащается телевизионной и/или тепловизионной цифровой камерой. В случае, если ПДН 5 выполняется с независимой стабилизацией поля зрения, то он также оснащается датчиками 6 наведения ВН и ГН.

Датчик 9 башни (ДБ) представляет собой устройство, предназначенное для определения текущего значения угла β_Б положения системы координат (СК) СК 18 башни 17 бронеобъекта относительно СК 19 его корпуса 20 (Фиг. 2). При этом под СК 17 понимается СК O_БX_БY_БZ_Б своим началом расположенная в геометрическом центре плоскости погона башни 17, осью О_БХ_Б направленная вперед в сторону основного вооружения, осью O_БY_Б - влево, а осью O_БZ_Б -строго вверх башни 17. Под СК 19 понимается СК O_БМX_БМY_БМZ_MБ своим началом совпадающая с геометрическим центром плоскости погона башни 17, осью O_БМХ_БМ направленная вперед в сторону переднего бронелиста корпуса 20, осью O_БY_Б - в сторону левого бронелиста корпуса 20, а осью O_БZ_Б - строго вверх башни 17.

СВВН 15 предназначена для обеспечения кругового обзора для членов экипажа образца БТВ и представляет собой некоторое количество стабилизированных или нестабилизированных цифровых видеокамер (цифровых приборов видеонаблюдения), размещенных внутри бронированных сменных контейнеров с защитными стеклами на башне 17 бронеобъекта (Фиг. 3) так, чтобы с одной стороны обеспечивалось полное перекрытие сектора наблюдения в 360° и с другой стороны поля зрения камер в пространстве пересекались, образуя единое измерительное пространство вокруг образца вооружения. При этом различают близкое 21 и дальнее 22 измерительные пространства (Фиг. 4). Пространство 21 образуется при пересечении полей зрений камер СВВН 15. Пространство 22 образуется при пересечении полей зрения камер ПК 1 и ПН 3 и характеризуется более высокой точностью определения параметров объектов ввиду большего увеличения объективов камер данных прицелов.

Кроме описанных элементов к шине данных 9 подключаются прочие подсистемы и датчики 16, обеспечивающие эффективную работу СУО и выполнение ей всего перечня функциональных возможностей, но не связанные напрямую с достигаемыми техническими результатами заявленного изобретения, такими системами и датчиками, например, могут быть блок управления стабилизатора вооружения, баллистический вычислитель, навигационная система, система пожаротушения, система коллективной защиты, система связи, система управления и стабилизации дистанционной пулеметной установкой, датчики курса, крена, тангажа, температуры, датчики пожара, датчик ветра и т.д. и т.п.

Также к шине данных 10 через соответствующий интерфейс подключается БЦО 10. К БЦО 10 в свою очередь подключаются панели управления командира 11 и наводчика 12, а также ВСУ командира 13 и наводчика 14, в совокупности образующие пользовательский интерфейс, обеспечивающий в свою очередь выбор командиром и наводчиком изображений и/или ввод команд обработки. Команды обработки содержат, например, команды на прием видеоданных от прицелов 1, 3, 5 или камер системы видеонаблюдения 15, команды на указание объектов интереса, команды на запуск определения параметров обнаруженных объектов и пр. Каждое из ВСУ 13 и 14 содержит дисплей, такой как жидкокристаллический монитор и предназначено для просмотра видеоданных. Панели управления 11 и 12, такие как клавиатура или указательное устройство (например, мышь, шаровой указатель, стилус, сенсорная панель или другое устройство) предназначены для обеспечения взаимодействия командира и наводчика бронеобъекта с видеоданными.

БЦО 10 содержит измерительное приложение 25, память 24 для хранения данных, размещенные на машиночитаемом носителе 23. БЦО 24 является удаленным компьютером, таким как рабочая станция, персональный компьютер или ноутбук.

Машиночитаемый носитель 23 может включать энергозависимые носители, энергонезависимые носители, съемные носители и несъемные носители, а также может быть любой доступной средой, к которой может иметь доступ универсальное вычислительное устройство. Неограничивающие примеры машиночитаемого носителя могут включать компьютерные накопители и среды передачи данных. Компьютерные накопители дополнительно могут включать энергозависимые, энергонезависимые, съемные и несъемные носители, осуществленные любым способом или с помощью любой технологии хранения информации, например, машиночитаемые инструкции, структуры данных, программные модули или другие данные.

Память 24 выполняется с возможностью хранения обрабатываемых изображений и данных измерительного приложения.

Цифровые изображения, получаемые с камер прицелов 1, 3, 5 и СВВН 15, состоят из пикселей. Каждый пиксель характеризуется значением, которое состоит из полутонового значения или цветового значения. В полутоновых изображениях значение пикселя представляет собой одну величину, которая характеризует яркость пикселя. Наиболее общим форматом описания пикселя является байт изображения, в котором значение пикселя представлено восьмиразрядным целым числом, лежащим в диапазоне возможных значений от 0 до 255. Как правило, значение пикселя, равное нулю, используют для обозначения черного пикселя, а значение 255 используют для обозначения белого пикселя. Промежуточные значения описывают различные оттенки полутонов. В цветных изображениях для описания каждого пикселя (расположенного в цветовом пространстве размерности RGB - красный, зеленый, синий) должны быть отдельно определены красная, зеленая и синяя компоненты. Иными словами, значение пикселя фактически представляет собой вектор, описанный тремя числами. Три различные компоненты могут быть сохранены как три отдельных полутоновых изображения, известные как цветовые плоскости (по одной для красного, зеленого и синего цветов), которые можно воссоединять при отображении или при обработке.

Измерительное приложение 25 содержит программно исполняемые модули или команды, выполненные с возможностью исполнения по меньшей мере одним процессором и обеспечивающие обработку видеоданных, получение точных измерительных данных об указанных командиром и наводчиком, автоматически обнаруженных или принятых по каналам системы целеуказания целям и важным объектам, а также другие команды и модули для обеспечения эффективной работы и функциональных возможностей СУО. Например, Измерительное приложение может содержать модули автоматического поиска, обнаружения и распознавания целей, модули цифровой стабилизации поля зрения, модули повышения информативности изображений, модули обучения и самотестирования и т.п. Для обеспечения же достижения технического результата заявленного изобретения измерительное приложение должно содержать по крайней мере следующие программно исполняемые модули (фиг. 5).

Модуль обмена данными (МОД) 26 выполнен с возможностью приема и передачи данных через соответствующие интерфейс и протоколы с шиной данных 10. В частности, МОД 26 при подключении к шине данных обнаруживает проводное соединение и принимает цифровые изображения с камер ПК 1, ПН 3, ПДН 5 и СВВН 15, данные с датчиков 2, 4, 6 и 9 передает их для хранения в память 24.

Модуль калибровки (МКл) 27 выполнен с возможностью определения данных калибровки камер ПК 1, ПН 3, ПДН 5 и СВВН 15.

Калибровка представляет собой процесс соотнесения идеальной модели камеры с фактическим физическим устройством и определение положения и ориентации j-ой камеры относительно СК 18 башни 17 образца вооружения. Процесс калибровки проводится с целью определения (если они неизвестны) или уточнения (если известны, но допускается погрешность) внешних и внутренних параметров камер. Калибровку выполняют во время завершающих этапов процесса изготовления СУО, например, после ее сборки, технического обслуживания при проведении ее настройки и проверки работоспособности. Дополнительно калибровку могут выполнять непосредственно перед боевым применением СУО в условиях окружающей среды, которые могут повлиять на форму башни 17 (например, из-за сокращения или расширения материалов) и, соответственно, расположение j-ых камер относительно СК 18, где j ∈ 1 … J, J - количество видеокамер СВВН 15 включая камеры ПК 1, ПН 3 и ПДН 5.

При этом под внутренними параметрами для всех j-ых камер прицелов и СВВН понимается информация о значениях (Фиг. 6):

- фокусного расстояния f_j объективов;

- вертикальных и горизонтальных размерах пикселей фотоприемных устройств (ФПУ);

- вертикальных М_j и горизонтальных N_j разрешениях ФПУ;

- вертикальных и горизонтальных линейных расстояниях между геометрическим центрами ФПУ и центрами изображений, формируемых объективами;

- величин углов перекоса θ_j изображений, возникающих, как правило, из-за погрешностей изготовления ФПУ или при неточной синхронизации процесса пиксельной выборки;

- коэффициентов радиальной , где n - количество

учитываемых коэффициентов, и тангенциальной дисторсии;

- , - углов наклона защитного стекла относительно СК 36 j-ой камеры, соответственно, в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

- n_j - показателей преломления защитного стекла j-ой камеры;

- h_j - толщинах защитного стекла j-ой камеры.

Под внешними параметрами понимается информация об положении в пространстве и ориентации СК 36 (Фиг. 6) всех j-ых камер прицелов и СВВН относительно СК 18 башни 17 бронеобъекта (Фиг. 2), а именно:

- - горизонтальный, вертикальный и поперечные углы текущей ориентации СК 36 j-ой камеры (Фиг. 6) относительно осей O_БY_Б, O_БX_Б и O_МZ_Б СК 18 башни (Фиг. 2);

- - текущие координаты начала СК 36 j-ой камеры (Фиг. 6) относительно начала СК 18 башни (Фиг. 2).

Модуль интерфейса (МИ) 28 выполнен с возможностью создания формы управления изображением для отображения через ВСУ командира 13 и наводчика 14 и содержит модули, позволяющие им через ПнУК 11 и ПнУН 12 взаимодействовать с измерительным приложением 23.

Форма 37 управления изображением содержит различные виды, которые обеспечивают возможность отображения видеоданных, взаимодействие пользователя с видеоданными и указания целей или важных объектов, которых необходимо взять на автосопровождение, определить их координаты и параметры движения. На фиг. 7 показан вариант экрана формы 37 управления изображением, отображенным на дисплеях ВСУ командира 13 и наводчика 14. Пользователь взаимодействует с формой 37 управления изображением с использованием устройства ввода данных, в данном случае, ПнУК 11 и ПнУН 12 для выбора и изменения значения соответствующего элемента управления. Кроме этого, если дисплеи ВСУ командира 13 и наводчика 14 выполнены в сенсорном исполнении, то пользователь может взаимодействовать с формой 37 управления непосредственно путем нажатия на соответствующие ее элементы.

Модуль автосопровождения (MAC) 29 выполнен с возможностью автоматического сопровождения указанных командиром или наводчиком, а также поступивших по каналам целеуказания или обнаруженных в результате работы системы автоматического обнаружения целей и важных объектов и передачи информации сопровождения о них (пиксельные координаты g-го объекта в виде соответствующих им номеров строк и столбцов на i-ом кадре) в память 24.

Модуль разрешения (MP) 30 выполнен с возможностью считывания текущих i-ых кадров изображений j-ых камер, для которых MAC 29 сохранил координаты и и повышения их разрешения в k-раз с применением любого из существующих способов, например, интерполяцией, повышением их резкости и компенсации эффекта «смазывания», возникающего при движении или колебании камер.

Модуль внутренних параметров (МВнуП) 31 выполнен с возможностью считывания из памяти 24 данных о внутренних параметрах j-ой, а также всех j+1, j+2 и т.д. камер ПК 1, ПН 3, ПДН 5 и СВВН 15, и записей на основе принятых данных в память 24 матриц K_j внутренних параметров, согласно выражению

Модуль внешних параметров (МВнеП) 32 выполнен с возможностью считывания из памяти 24 данных о внешних параметрах j-ой и всех j+1, j+2 и т.д. камер ПК 1, ПН 3, ПДН 5 и СВВН 15, а также данных с текущим значением угла β_Б положения башни 17 образца вооружения относительно его корпуса 20 и записей на основе принятых данных в память 24 матриц положения, согласно выражению

где.

Модуль взаимной ориентации (МВО) 33 выполнен с возможностью формирования пар камер между j-ой камерой, на изображении которой в данный момент отслеживается положение объекта с помощью MAC 29, и прочими j+1, j+2 и т.д. камерами ПК 1, ПН 3, ПДН 5 и СВВН 15, на которых MAC 29 вычислил и сохранил в память 24 пиксельные координаты и g-ых объектов, а также вычисления и сохранения в памяти 24 матриц взаимной ориентации и для всех сформированных пар камер. Для этого в МВО для каждой пары, например j-ой и j+1-ой камеры записывается соответствующие вектор согласно выражению:

Далее рассчитается матрица поворота вектора в вертикальной плоскости:

Пересчитывается положение СК 36 j-ой и j+1-ой камер с учетом их поворота на угол путем вычисления матриц

Вычисляются векторы

Вычисляется матрица поворота вектора в вертикальной плоскости:

Пересчитывается положение СК 36 j-ой и j+1-ой камер с учетом их дополнительного пространственных поворотов сначала на угол , а после - на угол , для чего вычисляются матрицы и

Вычисляются углы взаимной ориентации j-ой и j+1-ой камер относительно их параллельного положения:

На основе полученных значений пар углов и просчитываемой пары камер записываются матрицы взаимной ориентации

где

Модуль координат (МК) 34 выполнен с возможностью приема для каждого из обнаруженных g-ых объектов и обрабатываемой пары j-ой и j+1-ой камер соответствующих им текущих значений пиксельных координат, т.е. , и ,, данных внутренних параметров камер, т.е. матриц K_j и K_j+1, данных внешних параметров камер, т.е. матриц и , данных о дисторсии объективов камер, т.е. коэффициентов , и , данных о параметрах защитных стекол камер, т.е. величин , данных о взаимной ориентации каждой из пар камер, т.е. матриц и , вычисления по данным i-ых изображений для каждой измерительной пары j-ой и j+1-ой камер пространственных координат обнаруженных g-ых объектов, согласно выражению:

где - вектор трехмерных координат g-го объекта на i-ых кадрах в СК измерительной пары j-ой и j+1-ой камер;

- вектор скорректированных координат изображения g-го объекта на i-ом кадре цифрового изображения j-ой камеры;

- вектор трехмерных координат изображения g-го объекта на i-ом кадре в СК j-ой камеры;

- расширенный вектор пиксельных координат изображения g-го объекта на i-ом кадре цифрового изображения j-ой камеры;

- матрица коррекции дисторсии для текущего i-ого кадра j-ой камеры;

- коэффициент коррекции радиальной дисторсии объектива j-ой камеры;

- коэффициент коррекции тангенциальной дисторсии j-ой камеры в горизонтальной плоскости;

- коэффициент коррекции тангенциальной дисторсии j-ой камеры в вертикальной плоскости;

- расстояние от центра изображения j-ой камер i-ом кадре до изображения g-го объекта на нем;

- значения первого и второго столбца вектора ;

- проекционная матрица для пары j-ой и j+1-ой камер;

- проекционный коэффициент для пары j-ой и j+1-ой камер;

- вектор скорректированных координат изображения g-го объекта на i-ом кадре цифрового изображения j+7-ой камеры;

- вектор трехмерных координат изображения g-го объекта на i-ом кадре в СК j+1-ой камеры;

- расширенный вектор пиксельных координат изображения g-го объекта на i-ом кадре цифрового изображения j+7-ой камеры;

- матрица коррекции преломления защитного стекла j-ой камеры;

- горизонтальная поправка на защитное стекло j-ой камеры;

- вертикальная поправка на защитное стекло j-ой камеры.

После вычисления координат g-го объекта для всех сформированных пар j-ой и j+1-ой, j-ой и j+2-ой, j-ой и j+3-ей и т.д., т.е. пар камер на изображении которых MAC определил положение g-го объекта, на основе параметров камер и взаимной их геометрии размещения в МК 34 осуществляется вычисление весовых коэффициентов измерений, т.е. и т.д., проводится уточнение и сохранение в памяти 24 вычисленных по i-ым кадрам текущих координат g-го объекта

Модуль параметров движения (МПД) 35 выполнен с возможностью приема из памяти 24 координат g-го объекта с i-го кадра, а также координат с i+1-го и последующих кадров, вычисления и сохранения в память 24 по крайней мере следующих параметров каждого обнаруженного g-го объекта относительно СК образца БТВ, а именно:

- текущей дальности:

- скорости изменения дальности между i-ым и i+1-ым кадрами:

где Fps_i - скорость смены кадров (количество обрабатываемых кадров в секунду);

- углов вертикального и горизонтального наведения на g-ый объект:

- угловых скоростей горизонтального и вертикального движения g-го объекта относительно бронеобъекта:

- вектора движения g-го объекта:

- скорости движения g-го объекта относительно образца вооружения:

СУО работает следующим образом.

Командир или наводчик образца БТВ самостоятельно по средствам наблюдения через свои ВСУ 13 и 14 или совместно с системой автоматического визуального обнаружения осуществляют поиск, обнаружение и распознавание целей и важных объектов. При этом, воздействуя на свои ПУК 7 или ПУН 8 они осуществляют управления действующей ориентацией полей зрения своих прицелов ПК 1, ПН 3 или ПДН 5.

Шина данных 9 осуществляет высокоскоростной обмен информацией между БЦО 10, СВВН 15, ПК 1, ПН 3, ПДН 5, датчиками 2, 4, ПУК 7, ПУН 8, ДБ 9 и прочими подсистемами и датчиками 16.

По команде командира или наводчика, или по команде с системы автоматического визуального обнаружения подается команда на запуск измерительного приложения 25. При этом МОД 26 осуществляет информационный обмен данными с шиной данных 9, постоянно записывает в память 24 текущие кадры цифровых изображений с камер ПК 1, ПН 3, ПДН 5 и СВВН 15, а также значений углов с датчиков 2, 4, 6 и 9.

MAC 29 осуществляет захват и автоматическое сопровождение цели на изображении камеры, на котором она была обнаружены. Для этого MAC 29 считывает из памяти 24 изображения и при поступлении команды захвата на сопровождение осуществляет подготовку для сопровождения и с приходом очередного кадра изображений проводит поиск сопровождаемого объекта на изображениях камер ПК 1, ПН 3, ПДН 5 и СВВН 15. Для каждого i-го кадра изображений j-ых камер осуществляется определение наиболее вероятного положения сопровождаемого объекта. Информация о положении сопровождаемого объекта для каждого изображения j-ой камеры передается оператору и сохраняется в памяти 24. При этом в памяти 24 для каждой j-ой камеры сохраняются пиксельные координаты g-го объекта в виде соответствующих им номеров строк и столбцов на i-ом кадре.

МИ 28 осуществляет графическое отображение местоположения обнаруженных целей и вывод дополнительной графической информации через форму управления 37 на экранах ВСУ 13 и 14.

MP 30 считывает из памяти 24 цифровые изображения, на которых MAC 29 обнаружил и сопровождает g-ую цель, увеличивает их разрешение в k раз и осуществляет их цифровую обработку, направленную на повышение резкости и компенсацию эффекта «смазывания» изображений при движении или вибрации камеры, а затем сохраняет обработанные изображения в память 24.

МВнуП 31 считывает из памяти 24 данные о внутренних параметрах камер ПК 1, ПН 3, ПДН 5 и СВВН 15, вычисляет и записывает в память 24 соответствующие матрицы K_j внутренних параметров.

МВнеП 32 считывает из памяти 24 данные о внешних параметрах камер ПК 1, ПН 3, ПД Н 5 и СВВН 15, вычисляет и записывает в память 24 соответствующие матрицы их текущего положения в СК образца БТВ.

МВО 33 считывает из памяти 24 значения пиксельных координат для каждой из отслеживаемых g-ой цели, формирует измерительные пары камер, на изображениях которых обнаружена g-ая цель, вычисляет и сохраняет в память 24 матрицы текущей взаимной ориентации для каждой из сформированных пар камер.

МПД 35 считывание из памяти 24 координат g-ой цели с i-го кадра, а также ее координат с i+1-го и последующих кадров, вычисляет и сохраняет в памяти 24 параметры (дальность , скорость изменения дальности , углы вертикального и горизонтального наведения, угловые скорости горизонтального и вертикального движения, вектор и скорость движения) каждой g-ой цели относительно образца БТВ.

При этом в случае необходимости получение более точной информации g-ой цели по команде командира или наводчика бронеобъекта осуществляется наведение на нее полей зрения ПК 1 и ПН 3 с одновременной установкой их объективов на максимальное увеличение, т.е. организуется проведение измерений координат и параметров движения цели в дальнем измерительном пространстве 22.

По необходимости экипажем бронеобъекта перед боевым применением подается команда на запуск МКл 27 и проводится внешняя и внутренняя калибровка камер ПК 1, ПН 3, ПДН 5 и СВВН 15, заключающаяся в определении или уточнении внешних и внутренних параметров камер путем распознавания и математической обработки изображений геометрических примитивов калибровочного шаблона. При чем проводится сначала внутренняя калибровка отдельно каждой камеры ПК 1, ПН 3, ПДН 5 и СВВН 15, а затем - попарная их внешняя калибровка. При этом калибровочный шаблон, располагаясь перед бронеобъектом на некотором удалении, остается неподвижен, а башня 17 плавно вращается на корпусе 20 до окончания проведения данной процедуры.

Система управления огнем (СУО) для образцов бронетанкового вооружения (БТВ), включающая соединенные с высокоскоростной шиной данных прицелы командира (ПК) и наводчика (ПН) с лазерными дальномерами, прицел-дублер наводчика (ПДН), блок цифровой обработки (БЦО), датчики горизонтального и вертикального наведения прицелов, систему внешнего видеонаблюдения (СВВН), датчик башни, высокоскоростную шину данных, видеосмотровые устройства (ВСУ), пульты и панели управления командира и наводчика, и отличающаяся возможностью одновременного проведения пассивного определения координат, дальностей, скоростей и направлений движения всех обнаруженных целей без их облучения активным излучением за счет размещения оптико-электронных каналов прицелов, приборов и камер внешнего видеонаблюдения на башне образца БТВ таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечивалось полное круговое перекрытие сектора наблюдения в 360° и, с другой стороны, поля зрения камер в пространстве пересекались, образуя единое измерительное пространство вокруг бронеобъекта, передачи их видеоизображений в БЦО, являющийся удаленным компьютером, таким как рабочая станция, персональный компьютер или ноутбук, и содержащий размещенные на машиночитаемом носителе память для хранения данных и измерительное приложение, содержащее, в свою очередь, исполняемые модули или команды, выполненные с возможностью исполнения по меньшей мере одним процессором, а именно:

модуль обмена данными, выполненный с возможностью приема через шину данных СУО цифровых изображений с камер ПК, ПН, ПДН и СВВН, а также данных с датчиков прицелов и башни передачи их для хранения в память;

модуль калибровки, выполненный с возможностью определения данных внутренней и внешней калибровки j-х камер, где j∈1…J, J - количество видеокамер ПК, ПН, ПДН и СВВН, и записи их в память, а именно: фокусного расстояния ƒ_j объективов; вертикальных и горизонтальных размеров пикселей фотоприемных устройств (ФПУ); вертикальных M_j и горизонтальных N_j разрешений ФПУ; вертикальных и горизонтальных линейных расстояний между геометрическими центрами ФПУ и центрами изображений, формируемых объективами; величин углов перекоса θ_j изображений, возникающих, как правило, из-за погрешностей изготовления ФПУ или при неточной синхронизации процесса пиксельной выборки; коэффициентов радиальной , где n - количество учитываемых коэффициентов, и тангенциальной дисторсии; углов , наклона защитного стекла относительно систем координат (СК) камер, соответственно, в горизонтальной и вертикальной плоскостях; показателей n_j преломления защитных стекол; толщин h_j защитных стекол; горизонтальных , вертикальных и поперечных углов текущей ориентации СК камер относительно осей СК башни; текущих координат начал СК j-х камер относительно начала СК башни;

модуль интерфейса, выполненный с возможностью создания форм управления изображением для отображения через ВСУ командира и наводчика и содержащий модули, позволяющие им через ПнУК и ПнУН взаимодействовать с измерительным приложением, при этом форма управления изображением содержит различные виды, которые обеспечивают возможность отображения видеоданных, взаимодействие пользователя с видеоданными, например, указания целей или важных объектов, которые необходимо взять на автосопровождение, определить их координаты и параметры движения;

модуль автосопровождения, выполненный с возможностью захвата и автоматического сопровождения указанных командиром или наводчиком, а также поступивших по каналам целеуказания или обнаруженных в результате работы системы автоматического визуального обнаружения g-х целей и важных объектов на i-х кадрах изображений с j-х камер ПК, ПН, ПДН и СВВН и сохранения их пиксельных координат в виде соответствующих номеров строк и столбцов в память;

модуль разрешения, выполненный с возможностью считывания текущих i-х кадров изображений j-х камер, для которых модуль автосопровождения сохранил координаты и , повышения их разрешения в k раз любым из существующих способов, например интерполяцией, цифровой обработкой изображений, направленной на повышение резкости и компенсации эффекта «смазывания» изображений при движении камеры, а также сохранения обработанных изображений в память;

модуль внутренних параметров, выполненный с возможностью считывания из памяти данных о внутренних параметрах j-й, а также всех j+1, j+2 и т.д. камер ПК, ПН, ПДН и СВВН и записей на основе принятых данных в память матриц K_j внутренних параметров, согласно выражению:

модуль внешних параметров, выполненный с возможностью считывания из памяти данных о внешних параметрах j-й и всех j+1, j+2 и т.д. камер ПК, ПН, ПДН и СВВН, а также данных с датчика башни с текущим значением угла β_Б положения башни образца вооружения относительно его корпуса и записей на основе принятых данных в память матриц положения, согласно выражению:

где

модуль взаимной ориентации, выполненный с возможностью формирования пар камер между j-й камерой, на изображении которой в данный момент отслеживается положение объекта с помощью модуля автосопровождения, и прочими j+1, j+2 и т.д. камерами ПК, ПН, ПДН и СВВН, на которых модуль автосопровождения вычислил и сохранил в память пиксельные координаты и g-х целей, а также вычисления и сохранения в памяти для каждой из сформированных пар камер матриц взаимной ориентации

где

путем:

записи векторов , расчета матриц поворота векторов в вертикальной плоскости на угол :

вычисления матриц и положения СК j-й и j+1-й камер с учетом их поворота на угол :

вычисления векторов ;

вычисления матриц поворота векторов в вертикальной плоскости на угол :

;

вычисления матриц и положения СК j-й и j+1-й камер с учетом их дополнительных пространственных поворотов сначала на угол , а после - на угол :

и вычисления значений углов взаимной ориентации j-й и j+1-й камер относительно их параллельного положения в пространстве:

модуль координат, выполненный с возможностью вычисления по данным i-х изображений для каждой измерительной пары j-й и j+1-й камер пространственных координат обнаруженных g-х объектов, согласно выражению:

где - вектор трехмерных координат g-го объекта на i-х кадрах в СК измерительной пары j-й и j+1-й камер;

- вектор скорректированных координат изображения g-го объекта на i-м кадре цифрового изображения j-й камеры;

- вектор трехмерных координат изображения g-го объекта на i-м кадре в СК j-й камеры;

- расширенный вектор пиксельных координат изображения g-го объекта на i-м кадре цифрового изображения j-й камеры;

- матрица коррекции дисторсии для текущего i-го кадра j-й камеры;

- коэффициент коррекции радиальной дисторсии объектива j-й камеры;

- коэффициент коррекции тангенциальной дисторсии j-й камеры в горизонтальной плоскости;

- коэффициент коррекции тангенциальной дисторсии j-й камеры в вертикальной плоскости;

- расстояние от центра изображения j-й камер i-м кадре до изображения g-го объекта на нем;

- проекционная матрица для пары j-й и j+1-й камер;

- проекционный коэффициент;

- вектор скорректированных координат изображения g-го объекта на i-м кадре цифрового изображения j+1-й камеры;

- вектор трехмерных координат изображения g-го объекта на i-м кадре в СК j+1-й камеры;

- расширенный вектор пиксельных координат изображения g-го объекта на i-м кадре цифрового изображения j+1-й камеры;

- матрица коррекции преломления защитного стекла j-й камеры;

- горизонтальная поправка на защитное стекло j-й камеры;

- вертикальная поправка на защитное стекло j-й камеры;

вычисления для g-х целей и всех сформированных измерительных пар j-й и j+1-й, j-й и j+2-й, j-й и j+3-й и т.д. на основе их параметров и взаимной ориентации весовых коэффициентов измерений и т.д., проведения уточнения с сохранением в памяти вычисленных по i-м кадрам текущих координат g-го объекта, согласно выражениям:

модуль параметров движения, выполненный с возможностью приема из памяти координат g-го объекта с i-го кадра, а также координат с i+1-го и последующих кадров, вычисления и сохранения в память по крайней мере следующих параметров движения каждого g-го объекта относительно образца БТВ, а именно:

- текущей дальности:

- скорости изменения дальности между i-м и i+1-м кадрами:

где Fps_i - скорость смены кадров (количество обрабатываемых кадров в секунду);

- углов вертикального и горизонтального наведения на g-й объект:

- угловых скоростей горизонтального и вертикального движения g-го объекта относительно бронеобъекта:

- вектора движения g-го объекта:

- скорости движения g-го объекта относительно образца вооружения: