Прибор наблюдения-прицел с дистанционным управлением

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и прибор наблюдения - прицел с дистанционным управлением может быть применен в системе управления огнем объектов бронетанковой техники. Прибор наблюдения - прицел с дистанционным управлением содержит головную часть с защитными стеклами и с головным зеркалом и основную часть прибора, содержащую тепловизионный канал с тепловизионным объективом и тепловизионным фотоприемным устройством, лазерный дальномер с излучающим и приемным каналом, канал регистрации выхода снарядов из ствола, канал управления дистанционным подрывом снарядов, телевизионный канал с широким полем зрения, телевизионный канал с узким полем зрения, блок коммутации, блок управления и блок индикации. Оптические оси каналов имеют наклон относительно вертикальной оси. Изобретение позволяет упростить конструкцию головной части прибора, являющейся сменной единицей при ее повреждении, обеспечивает работу телевизионных каналов с разными увеличениями, обеспечивает диапазон вертикальных углов наведения для всех каналов от минус 10 до +70°. 2 ил., 4 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве управляемого дистанционно прибора наблюдения - прицела в системе управления огнем бронетанковой техники, днем и ночью, по наземным и воздушным объектам, в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Известен прицел панорамный комбинированный «Сакура» (рекламный проспект ОАО «Пеленг», г. Минск, Беларусь, электронный ресурс: http://forumupload.ru/uploads/000a/e3/16/2496/532408.ipg). содержащий тепловизионный канал, обзорный телевизионный канал, основной телевизионный канал, лазерный дальномер с излучающим и приемным каналом, а также канал управления ракетой, встроенные в общий корпус. На общем корпусе с обеих сторон выполнены горизонтальные оси, которыми осуществляется подвижное соединение с кронштейном. Кронштейн имеет нижнее подвижное соединение с вертикальной опорой. Опора устанавливается неподвижно на верхних броневых листах объекта применения.

Такой вариант прибора обеспечивает дистанционное управление всеми оптико-электронными каналами органами управления объекта применения, а также большой диапазон вертикальных углов наведения каналов (от минус 5 до +75°).

Недостатком этого устройства является его высокая уязвимость, так как при эксплуатации объекта применения с внешним расположением общего корпуса прибора над броневой зашитой объекта применения высока вероятность полного повреждения всех каналов прибора от воздействия огневых средств поражения и от других внешних воздействий. Здесь сменным элементом при эксплуатации будет являться весь общий корпус прибора, что значительно увеличивает экономические потери при эксплуатации.

Известен панорамный прибор наблюдения командира (патент RU 2682141 C1, опубл. 14.03.2019), дистанционно управляемый органами управления объекта применения и включающий в себя блок оптический и блок управления. Блок оптический содержит телевизионный и тепловизионный каналы технического зрения. Телевизионный канал имеет два дискретно изменяемых поля зрения, тепловизионный канал выполнен с возможностью электронного увеличения. Каналы смонтированы на платформе с вертикальными и горизонтальными приводами. Блок оптический установлен на оси качания, находящейся непосредственно внутри защитного колпака. На наружных поверхностях колпака имеются отверстия для крепления бронированных пластин, а в передней части расположены стекла защитные. Для обеспечения заданных углов прокачки по вертикали стекла защитные выполнены из двух частей, вклеиваются в колпак на герметике и прижимаются планками. Блок управления интегрирует прибор в систему управления огнем объекта применения. Коммутация блока оптического с внешним блоком управления осуществляется блоком информационного обмена.

Такой вариант прибора обеспечивает дистанционное управление всеми оптико-электронными каналами органами управления объекта применения и содержит защитный колпак, предохраняющий блок оптический от внешних повреждений. Обеспечивается диапазон вертикальных углов наведения всех каналов от минус 15 до +45°. Защитный колпак защищает блок оптический и механизмы, а также обеспечивает герметичность внутренней полости блока оптического.

Недостатком этого устройства является его высокая уязвимость, так как блок оптический расположен внутри защитного колпака, который установлен над броневой зашитой объекта и закрыт бронированными пластинами только тогда, когда наблюдение не производится. В рабочем состоянии прибора бронированные пластины перед защитными стеклами отсутствуют, а защитные свойства защитных стекол не предохраняют оптико-электронные каналы прибора от полного повреждения при воздействии огневых средств поражения. Здесь сменным элементом при эксплуатации будет являться весь блок оптический, что значительно увеличивает экономические потери при эксплуатации.

Известна визирная зеркально-призменная система (патент RU 2631901, опубл. 28.09.2017), содержащая головную часть и два канала с низкосветосильным и высокосветосильным объективами. Каналы расположены под головной частью, которая содержит призму-куб, установленную над низкосветосильным объективом, оптическая ось которого вертикальна, и головное отражающее зеркало, установленное над высокосветосильным объективом, оптическая ось которого наклонена относительно вертикальной оси. Ось качания головной части расположена в геометрическом центре симметрии призмы-куба. Геометрический центр симметрии зеркала совпадает с осью качания головной части. В нулевом положении головное отражающее зеркало наклонено относительно призмы-куба так, что угол «С» между отражающей гранью зеркала и внутренней отражающей гранью призмы-куба подчиняется соотношению С=В/2, где В - наклон оптической оси высокосветосильного объектива относительно вертикальной оси.

Такой вариант зеркально-призменной системы прибора обеспечивает дистанционное управление оптико-электронными каналами - каналом с высокосветосильным объективом, необходимым для тепловизионного канала и расположенным с наклоном под головным зеркалом, и каналом с низкосветосильным объективом, необходимым для телевизионного или визуального канала и расположенным вертикально под призмой-кубом. В варианте обеспечивается требуемый диапазон вертикальных углов наведения всех каналов от -10 до +70°, ри этом наклон оптической оси тепловизионного канала позволяет обеспечить максимальные вертикальные углы наведения с допустимым виньетированием головным зеркалом в головной части прибора. Оптико-электронные каналы прибора здесь расположены под головной частью и скрыты под броневой защитой объекта применения, а сменной единицей является только головная часть прибора, так как при эксплуатации возможно ее повреждение от воздействия огневых средств поражения и от других внешних воздействий.

Недостатком этого устройства является сложность конструктивного исполнения головной части, содержащей призму-куб, необходимую для обеспечения максимальных вертикальных углов наведения телевизионного или визуального канала, расположенного вертикально, и головное зеркало, необходимое для работы тепловизионного канала, расположенного с наклоном для уменьшения виньетирования при максимальных вертикальных углах наведения. Наклон тепловизионного канала требует соответствующего разворота отражающей грани зеркала относительно внутренней отражающей грани призмы-куба, что, в свою очередь, требует дополнительной юстировки их взаимного расположения. Сложность конструктивного исполнения головной части с наличием дополнительных котировочных операций повышает экономические потери при эксплуатации, когда велика вероятность повреждения головки с дальнейшей необходимостью ее замены.

Наиболее близким по технической сущности является комбинированный прибор наблюдения - прицел со встроенным импульсным лазерным дальномером (патент RU 2698545, опубл. 03.04.2019), содержащий головную часть и основную часть прибора, содержащую оптический визуальный канал с двумя увеличениями, оптико-электронный тепловизионный канал, а также каналы лазерного дальномера.

Головная часть содержит защитные стекла, призму-куб оптического визуального канала и зеркало тепловизионного канала. Призма-куб и зеркало установлены на общей оси качания для вертикального наведения.

В основной части прибора оптический визуальный канал содержит объектив, коллектив, двухкомпонентную оборачивающую систему, три прямоугольные призмы, плоскопараллельную пластину, корректор поля, подвижную и неподвижную сетки, окуляр и согласующую оптическую систему с фотоприемным устройством дальномера. Тепловизионный канал содержит тепловизионный объектив, тепловизионное фотоприемное устройство, микродисплей и окуляр. Оптическая ось тепловизионного канала расположена под наклоном относительно вертикальной оси, параллельно которой расположены оптические оси визуального и дальномерного каналов. Лазерный дальномер содержит излучающий и приемный каналы, приемный канал совмещен с дневным визуальным каналом, а передающий канал выполнен отдельно.

Такой вариант прибора наблюдения - прицела со встроенным лазерным дальномером обеспечивает вертикальные углы наведения всех каналов от минус 10 до плюс 70°, при этом наклон оптической оси тепловизионного канала позволяет обеспечить максимальные вертикальные углы наведения с допустимым виньетированием головным зеркалом в головной части прибора. Оптико-электронные каналы прибора здесь расположены под головной частью и скрыты под броневой защитой объекта применения, а сменной единицей является только головная часть прибора, так как при эксплуатации возможно ее повреждение от воздействия огневых средств поражения и от других внешних воздействий.

Недостатками этого устройства являются невозможность использования визуального канала при дистанционном управлении прибором, а также сложность конструктивного исполнения головной части, содержащей призму-куб, необходимую для обеспечения максимальных вертикальных углов наведения визуального (либо телевизионного) канала, и головное зеркало, необходимое для работы тепловизионного канала, который расположен с наклоном для уменьшения виньетирования при максимальных вертикальных углах наведения. Наклон тепловизионного канала требует соответствующего разворота отражающей грани зеркала относительно внутренней отражающей грани призмы-куба, что, в свою очередь, требует дополнительной юстировки их взаимного расположения. Сложность конструктивного исполнения головной части с наличием дополнительных котировочных операций повышает экономические потери при эксплуатации, когда велика вероятность повреждения головки с дальнейшей необходимостью ее замены.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции головной части прибора, являющейся сменной единицей при ее повреждении, обеспечение работы телевизионных каналов с разными увеличениями, обеспечение работы каналов для дистанционного подрыва снарядов (канала регистрации выхода снарядов из ствола и канала управления дистанционным подрывом снарядов), с сохранением излучающего и приемного каналов лазерного дальномера и с обеспечением диапазона вертикальных углов наведения для всех каналов от минус 10 до +70° при обеспечении дистанционного управления всеми каналами с сохранением габаритных размеров головной части прибора.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что прибор наблюдения - прицел с дистанционным управлением, содержащий головную часть с защитными стеклами и с головным зеркалом и основную часть прибора, содержащую тепловизионный канал с тепловизионным объективом и тепловизионным фотоприемным устройством, оптическая ось которого расположена с наклоном относительно вертикальной оси, а также лазерный дальномер с излучающим и приемным каналом, в отличие от известного, содержит канал регистрации выхода снарядов из ствола, канал управления дистанционным подрывом снарядов, телевизионный канал с широким полем зрения, телевизионный канал с узким полем зрения, блок коммутации, блок управления и блок индикации, причем оптические оси канала регистрации выхода снарядов из ствола, канала управления дистанционным подрывом снарядов, телевизионного канала с широким полем зрения, телевизионного канала с узким полем зрения, излучающего и приемного каналов лазерного дальномера расположены под головным зеркалом и имеют наклон относительно вертикальной оси, при этом выполняется следующее соотношение:

5°≤γ≤55°,

где γ - угол наклона оптических осей каналов основной части прибора относительно вертикальной оси.

Расположение оптических осей всех каналов основной части прибора под общим головным зеркалом с наклоном оптических осей каналов относительно вертикальной оси позволяет упростить конструкцию головной части прибора, являющейся сменной единицей при ее повреждении, обеспечить работу телевизионных каналов с разными увеличениями, обеспечить работу каналов для дистанционного подрыва снарядов (канала регистрации выхода снарядов из ствола и канала управления дистанционным подрывом снарядов), сохранить излучающий и приемный каналы лазерного дальномера, обеспечить диапазон вертикальных углов наведения для всех каналов от минус 10 до +70°, обеспечить дистанционное управление всеми каналами и сохранить габаритные размеры головной части прибора.

Схема прибора наблюдения - прицела с дистанционным управлением показана на фиг. 1 и 2.

Прибор наблюдения - прицел с дистанционным управлением содержит головную часть с двумя защитными стеклами 1 и 2 и с головным зеркалом 3, и основную часть, содержащую фотоприемник 4 канала регистрации выхода снарядов из ствола «V», объектив 5 и лазерный излучатель 6 канала управления дистанционным подрывом снарядов «VI», канал «I» лазерного дальномера 7 с излучающим «Ia» и приемным «Ib» каналами, фотоприемник 8 и объектив 9, 14 и 15 тепловизионного канала «IV», фотоприемник 10 и объектив 11 телевизионного канала «II» с узким полем зрения, фотоприемник 12 и объектив 13 телевизионного канала «III» с широким полем зрения, блок коммутации 16, блок управления 17 и блок индикации 18.

Принцип действия прибора наблюдения - прицела с дистанционным управлением заключается в следующем. Головная часть прибора наблюдения - прицела содержит защитные стекла 1, 2 и единое отражающее зеркало 3 над оптико-электронными каналами основной части прибора.

Канал «I» лазерного дальномера 7 выполнен в варианте отдельного модуля производства предприятием ООО «Синтела», г. Новосибирск (электронный ресурс: http://lasertechnics.org/), который содержит излучающий «Ia» и приемный «Ib» каналы. Параметры варианта лазерного дальномера разработки и производства предприятия ООО «Синтела» приведены в таблице 1.

Телевизионный канал «II» с узким полем зрения выполнен в варианте черно-белой 2-х мегапиксельной видеокамеры VAA-237-USB (поз. 10) и объектива с фокусным расстоянием 50 мм (поз. 11). Параметры варианта видеокамеры VAA-237-USB разработки и производства предприятия ООО «ЭВС», г. Санкт-Петербург (электронный ресурс: http://evs.ru), приведены в таблице 2.

Видеокамера VAA-237-USB выполнена на одной шестислойной печатной плате размером 32×32 мм.

Телевизионный канал «III» с широким полем зрения выполнен в варианте черно-белой 2-х мегапиксельной видеокамеры VAA-237-USB (поз. 12) и объектива с фокусным расстоянием 8 мм (поз. 13). Угол поля зрения телевизионного канала «III» с объективом с фокусным расстоянием 8 мм составляет по горизонтали (ГН) и по вертикали (ВН): - 38,4°×22,1°.

Тепловизионный канал «IV» содержит матричный микроболометрический приемник 8 и вариант объектива с фокусным расстоянием 78 мм и со светосилой 1:1,2. Вариант германиевого объектива выполнен из трех компонентов 9, 14 и 15, из которых компонент 14 выполнен в виде отрицательной линзы из материала ZnSe, чем обеспечивается необходимая коррекция аберраций в спектральном диапазоне (8,0÷14,0) мкм. Вариант матричного микроболометрического приемника 8 имеет формат 640×480 пикселей с размером пикселя 12×12 мкм. Угол поля зрения тепловизионного канала «IV» с объективом с фокусным расстоянием 78 мм составляет по горизонтали (ГН) и по вертикали (ВН): - 5,6°×4,2°.

Канал регистрации выхода снарядов из ствола «V» содержит фотоприемник 4, фиксирующий момент выхода снаряда из канала ствола. Параметры варианта фотоприемника 4 типа ФЭ723-3 производства предприятия НИИ «Гириконд», г. Санкт-Петербург, приведены в таблице 3.

В варианте исполнения фотоприемник 4 обладает чувствительностью в спектральном диапазоне (2,6÷4,3) мкм и формирует сигнал от излучения вспышки, возникающей на дульном срезе при выстреле. Фотоприемник установлен непосредственно под отражающим зеркалом 3.

Канал управления дистанционным подрывом снарядов «VI» содержит объектив, состоящий из одной положительной линзы 5, и лазерный излучатель 6, формирующий импульсы на длине волны 0,87 мкм для управления дистанционным подрывом снарядов. Параметры варианта исполнения объектива 5 для излучателя канала управления дистанционным подрывом следующие:

- расчетная длина волны	0,87 мкм;
- фокусное расстояние	26,96 мм
- относительное отверстие	1:1,5

Параметры излучателя 6 в варианте лазерной диодной решетки типа ИЛПИ-137 приведены в таблице 4.

В предлагаемом варианте используются штатные защитные стекла 1 и 2 с размером по ширине 152 мм, а единое отражающее зеркало 3 в головной части прибора имеет размеры 145 мм по ширине, что позволяет сохранить ширину головной части прототипа, при этом зеркало обеспечивает встраивание всех каналов с обеспечением их функционирования в широком спектральном диапазоне от 0,5 до 14 мкм. При применении единого головного зеркала 3 максимальные углы наведения оружия до +70° обеспечиваются тем, что оптические оси тепловизионного канала «IV», канала регистрации выхода снарядов из ствола «V», канала управления дистанционным подрывом снарядов «VI», телевизионного канала с широким полем зрения «III», телевизионного канала с узким полем зрения «II», излучающего «Ia» и приемного «Ib» каналов лазерного дальномера 7 расположены под головным зеркалом 3 и имеют наклон относительно вертикальной оси, при этом выполняется следующее соотношение:

5°≤γ≤55°,

где γ - угол наклона оптических осей каналов основной части прибора относительно вертикальной оси.

Блок коммутации 16 предназначен для коммутации оптико-электронных каналов с блоком управления 17, блок управления 17 интегрирует прибор наблюдения - прицел в систему управления огнем объекта применения, блок индикации 18 предоставляет служебную и видеоинформацию.

В варианте исполнения наклон каналов относительно вертикальной оси принят равным γ=20°, при этом вертикальный размер единого головного зеркала 3 составляет 132 мм. Виньетирование от головного зеркала для вертикальных полей зрения оптико-электронных каналов может возникнуть при наиболее критичном - максимальном угле визирования на +70°, при котором на фиг. 1 показано головное зеркало в положении 3.

В дальномерном модуле 7 световой пучок излучающего канала «Ia» проходит при незначительном экранировании верхним краем зеркала 3, которое составляет 2,1 мм. В приемном канале «Ib» также может быть незначительное виньетирование (экранирование нижним краем зеркала 3 составляет 2,8 мм), которое практически не влияет на параметры. Таким образом дальномерный модуль 7 с диаметром объектива 32 мм работоспособен на всех углах без ограничений.

Световой пучок телевизионного канала «II» с узким полем зрения имеет достаточно малое виньетирование (при экранировании верхним краем зеркала 3 высота экранированного сегмента составляет 10,1 мм), которое практически не влияет на параметры. Диаметр входного зрачка объектива 11 телевизионного канала «II» составляет ~25 мм, таким образом, телевизионный канал «II» работоспособен на всех углах без ограничений.

Световой пучок телевизионного канала «III» с широким полем зрения не имеет виньетирования, телевизионный канал «III» полностью работоспособен.

Световой пучок тепловизионного канала «IV» по вертикали может иметь виньетирование, что вполне допустимо при работе в зенит по воздушным целям, имеющим, как правило, высокие температурные контрасты на равномерном фоне. Здесь, при диаметре входного зрачка тепловизионного объектива 9, 14 и 15, равном ∅65 мм, экранируется сегмент с размером высоты 18,7 мм сверху, и 7,1 мм снизу. Таким образом, тепловизионный канал «IV» работоспособен на всех углах без ограничений.

Световой пучок канала регистрации выхода снарядов из ствола «К» не имеет виньетирования, канал «V» работоспособен на всех углах без ограничений.

Световой пучок канала управления дистанционным подрывом снарядов «VI» по вертикали может виньетироваться сегментом высотой 5,8 мм, что вполне допустимо при световом диаметре объектива 5, равном 18 мм. Небольшое виньетирование не повлияет на работоспособность, так как оно нивелируется за счет избыточной мощности излучения используемого лазерного излучателя 6 типа ИЛПИ-137 (импульсная выходная мощность 500 Вт) и лучшей прозрачности воздуха при работе в верхней полусфере. Таким образом канал « VI» работоспособен на всех углах без ограничений.

Положение головного зеркала для минимального угла визирования на минус 10° показано на фиг. 1 с другим наклоном как 3а. В этом положении виньетирование каналов «Ia», «Ib», «II», «IV», «V» и «VI» полностью отсутствует. Для светового пучка телевизионного канала «III» с широким полем зрения при минимальном угле визирования на минус 10° присутствует видимость нижнего края защитного стекла, занимающая ~1° из 22° вертикального поля зрения канала «III», что согласуется с необходимостью частичной видимости элементов корпуса объекта применения при визировании максимально вниз, чем улучшается ориентация экипажа, находящегося внутри объекта.

Как видно из расчетов, прибор наблюдения - прицел с дистанционным управлением позволяет упростить конструкцию головной части прибора, являющейся сменной единицей при ее повреждении, обеспечивает работу телевизионных каналов с разными увеличениями, обеспечивает работу каналов для дистанционного подрыва снарядов (канала регистрации выхода снарядов из ствола и канала управления дистанционным подрывом снарядов), сохраняет излучающий и приемный каналы лазерного дальномера, обеспечивает диапазон вертикальных углов наведения для всех каналов от минус 10 до +70°, а также обеспечивает дистанционное управление всеми каналами и сохраняет габаритные размеры головной части прибора.

Прибор наблюдения - прицел с дистанционным управлением, содержащий головную часть с защитными стеклами и с головным зеркалом и основную часть прибора, содержащую тепловизионный канал с тепловизионным объективом и тепловизионным фотоприемным устройством, оптическая ось которого расположена с наклоном относительно вертикальной оси, а также лазерный дальномер с излучающим и приемным каналами, отличающийся тем, что содержит канал регистрации выхода снарядов из ствола, канал управления дистанционным подрывом снарядов, телевизионный канал с широким полем зрения, телевизионный канал с узким полем зрения, блок коммутации, блок управления и блок индикации, причем оптические оси канала регистрации выхода снарядов из ствола, канала управления дистанционным подрывом снарядов, телевизионного канала с широким полем зрения, телевизионного канала с узким полем зрения, излучающего и приемного каналов лазерного дальномера расположены под головным зеркалом и имеют наклон относительно вертикальной оси, при этом выполняется следующее соотношение:

5°≤γ≤55°,

где γ - угол наклона оптических осей каналов основной части прибора относительно вертикальной оси.