СПОСОБ ОЦЕНКИ ТРЕНИРОВАННОСТИ ОПЕРАТОРА ЛАЗЕРНОГО ЦЕЛЕУКАЗАТЕЛЯ-ДАЛЬНОМЕРА Российский патент 1997 года по МПК G01C3/00 G01S17/08 

Изобретение относится к военной технике, а более конкретно к аппаратуре лазерного целеуказания и дальнометрии.

Известен способ подготовки и проверки тренированности операторов лазерного целеуказателя-дальномера (ЛЦД) с помощью комплекта учебно-тренировочных средств 9Ф647 [1] который является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу.

Известный способ основан на применении тренажера ЛЦД, повторяющего по своему конструктивному облику штатный ЛЦД.

В известном способе используют цель-мишень, на которую устанавливают уголковый отражатель и ЛЦД, для которых отсчет расстояния до цели-мишени возможен только при попадании излучения ЛЦД на уголковый отражатель, производят наведение ЛЦД на цель-мишень, производят опыты, состоящие из N_i измерений дальности по цели-мишени, где i=1,2,n есть номер опыта, и регистрируют количество отсчетов N_oi расстояния до цели-мишени в каждом опыте. Оценку тренированности оператора производят при этом по соотношению N_oi/N_i, что характеризует вероятность правильного измерения дальности по цели-мишени.

Однако одной из главных характеристик работы оператора с ЛЦД является угловая ошибка наведения лазерного излучения на цель, определяющая в конечном итоге результат наведения управляемого боеприпаса, поэтому недостатком известного способа является отсутствие статической количественной оценки тренированности оператора при его работе именно в режиме целеуказания, особенно по движущейся цели-мишени.

Кроме того, в известном способе возможность получения отсчета расстояния до цели-мишени только при попадании излучения ЛЦД на уголковый отражатель обеспечивают за счет применения специального лазерного излучателя с пониженной в 10³-10⁴ раз энергией выходного излучения, что неадекватно характеризует работу оператора с ЛЦД-тренажером по сравнению со штатным ЛЦД в режиме целеуказания.

Задачей изобретения является обеспечение количественной оценки тренированности оператора при его работе с ЛЦД в режиме целеуказания.

Задача решается за счет того, что в известном способе оценки тренированности оператора ЛЦД, в котором используют цель-мишень, снабженную уголковым отражателем, и лазерный целеуказатель-дальномер, для которого отсчет расстояния до цели-мишени возможен только при попадании его лазерного излучения на уголковый отражатель, производят наведение лазерного целеуказателя-дальномера на цель-мишень, производят опыты, состоящие из N_i измерений дальности по цели-мишени, где i=1,2,n есть номер опыта, и регистрируют количество отсчетов N_oi расстояния до цели-мишени только при попадании лазерного излучения на уголковый отражатель обеспечивают за счет уменьшения чувствительности приемного канала лазерного целеуказателя-дальномера и при этом дополнительно определяют угловую разъюстировку δΦ излучающего и визирного каналов и разрешающую способность n дальномерного канала лазерного целеуказателя-дальномера по направлению, вычисляют нормируемую величину среднего значения частости "промахов" по формуле:

гдеσ_н есть нормируемая средняя квадратическая угловая ошибка неведения оператором лазерного излучения ЛЦД на цель-мишень, после чего используют в качестве критерия оценки тренированности оператора соотношение:

где
среднее значение частости "промахов" за n опытов.

Предлагаемый способ позволяет получить достоверную статистическую оценку работы оператора с лазерным целеуказателем-дальномером при сопровождении цели, при этом он позволяет учесть погрешности наведения и удержания лазерного излучения на цели, определяемые как характеристиками самого ЛЦД, так и тренированностью оператора. При этом в предлагаемом способе используется лазерный излучающий канал, идентичный по характеристикам излучающему каналу штатного ЛЦД, что повышает достоверность оценки работы оператора.

Угловая разъюстировка δΦ излучающего и визирного каналов ЛЦД может быть определена путем наведения прицельной марки визирного канала по центру установленной в фокальной плоскости коллиматора диафрагмы с диаметром отверстия d = F•α где F фокусное расстояние коллиматора на длине волны излучающего канала, a заданное значение угловой расходимости излучающего канала, перемещения диафрагмы вдоль оси коллиматора в его фокальную плоскость, соответствующую длине волны излучающего канала, запуска ЛЦД на излучение, перемещения диафрагмы в фокальной плоскости коллиматора в двух взаимно перпендикулярных направлениях для достижения максимума энергии излучения на выходе диафрагмы, определения при этом линейных смещений диафрагмы Dx и Dy от начального положения, и вычисления угловой разъюстировки излучающего и визирного каналов dv по формуле:

Разрешающая способность ν дальномерного канала ЛЦД по направлению может быть определена на заданном расстоянии L путем измерения дальности до снабженных уголковыми отражателями трех щитов, установленных перпендикулярно линии визирования лазерного целеуказателя-дальномера, два щита расположены на расстоянии L, третий щит на расстоянии (L+ DL ), где ΔL ≥ ΔD, ΔD разрешающая способность дальномерного канала по дальности, изменения при этом расстояния L₁ между уголковыми отражателями первых двух щитов за счет симметричного перемещения указанных щитов в направлении, перпендикулярном линии визирования, от 0 до L_1max, при котором достигается 50%-ая вероятность измерения дальности до третьего щита, и вычисления разрешающей способности ν дальномерного канала по направлению по формуле:
n = L_1max/L (5)
Известные в настоящее время способы оценки тренированности оператора при работе с лазерным целеуказателем-дальномером не позволяют получить количественную характеристику наведения лазерного излучения ЛЦД на цель, особенно находящуюся в движении, что подтверждает новизну предлагаемого способа. При этом неочевидная связь между статистическими характеристиками частотного дальнометрирования, параметрами самого ЛЦД и статистикой угловых ошибок прицеливания и наведения подтверждают изобретательский уровень предлагаемого способа.

На фиг. 1 показан предлагаемый способ оценки тренированности оператора ЛЦД; на фиг. 2 измерение угловой разъюстировки излучающего и визирного каналов ЛЦД; на фиг. 3 измерение разрешающей способности дальномерного канала ЛЦД по направлению.

Предлагаемый способ включает применение ЛЦД 1, имеющего излучающий канал 2, визирный канал 3 и приемный канал 4, снабженный для уменьшения его чувствительности, например, ослабляющим светофильтром 5, цели-мишени 6, находящейся на расстоянии L_ц от ЛЦД 1 и снабженной уголковым отражателем 7, установленным в точке О, соответствующей точке прицеливания на цели-мишени. Точка О₁ соответствует положению центра прицельной марки визирного канала ЛЦД, при этом отрезок OO₁ соответствует угловой ошибке прицеливания Точка О₂ соответствует положению центра пятна лазерного излучения, при этом отрезок О₁О₂ соответствует угловой разъюстировке излучающего и визирного каналов, а отрезок OO₂ - угловому отклонению центра пятна излучения от точки прицеливания. Угол γ_o есть угол, характеризующий направление разъюстировки излучающего и визирного каналов, а угол γ угол, характеризующий направление отрезка OO₁ (направление вектора промаха при прицеливании) и изменяющийся при сопровождении оператором цели-мишени случайным образом от 0 до 2π Круг с центром в точке О₂ радиусом n/2 где ν есть разрешающая способность дальномерного канала ЛЦД по направлению, характеризует зону чувствительности дальномерного канала. При этом n = min(θ, Φ_пр) где θ угловая расходимость излучения ЛЦД, v_пр угол поля зрения приемного канала ЛЦД. Обычно в ЛЦД θ < Φ_пр поэтому размер зоны чувствительности дальномерного канала по направлению определяется размерами пятна лазерного излучения в плоскости цели.

Частость "промахов" ν_пр может быть записана как функция углового отклонения Δα центра пятна излучения от точки прицеливания в виде:

причем, как следует для треугольника OO₁О₂:
Δα² = ΔΦ²+ δΦ²+ 2ΔΦδΦcos(γ - γ_o) (7)
Условие Δα = ν/2 достигается при

(8) есть квадратное уравнение относительно ΔΦ, решением которого является:

При сопровождении цели-мишени по двум координатам величина промаха характеризуется вектором (ΔΦ, γ) при этом можно считать, что модуль этого вектора, т. е. ΔΦ имеет круговое нормальное распределение [2] а его направление, т.е. g равномерное распределение от 0 до 2π что дает следующее выражение для плотности вероятности случайной величины (ΔΦ, γ):
f(ΔΦ, γ) = (ΔΦ/2πσ2o

Выражение для среднего значения частости "промахов" с учетом выражений (6), (9), (10) имеет вид:

В практических случаях

С учетом (12) выражение (11) принимает вид:

где
есть модифицированная функция Бесселя нулевого порядка [3]
Выражение (13) связывает среднее значение частости "промахов" с дисперсией σ2o

Средняя квадратическая ошибка s наведения оператором лазерного излучения ЛЦД на цель-мишень определится с учетом выражений (7) и (10) по формуле:

С учетом (13) и (14) окончательное выражение, связывающее среднее значение частости "промахов", которое находится экспериментально, с величиной средней квадратической ошибки наведения оператором лазерного излучения ЛЦД на цель-мишень, имеет вид:

Измерение угловой разъюстировки δΦ излучающего и визирного каналов провдят для ЛЦД 1 с излучающим каналом 2 и визирным каналом 3, снабженным окуляром 8 и прицельной маркой 9, используя коллиматор 10, диафрагму 11. установленную на устройстве перемещения 12, и измеритель энергии 13. Коллиматор 10 имеет фокусное расстояние F₀ и F соответственно для видимого диапазона спектра и на длине волны излучающего канала 2. Диаметр отверстия диафрагмы 11 выбирают равным d = F•α где a заданное значение угловой расходимости излучающего канала.

Измерение разрешающей способности n дальномерного канала ЛЦД по направлению проводят для ЛЦД 1 с использованием двух щитов 14, 15, снабженных уголковыми отражателями 16, 17 и установленных перпендикулярно линии визирования ЛЦД 1 на расстоянии L, и третьего щита 18, снабженного уголковым отражателем 19 и установленного на расстоянии (L + ΔL) где ΔL ≥ ΔD, ΔD разрешающая способность дальномерного канала ЛЦД 1 по дальности.

Оценку тренированности оператора ЛЦД проводят следующим образом.

Предварительно измеряют угловую разъюстировку δΦ излучающего 2 и визирного 3 каналов ЛЦД 1, а затем разрешающую способность n дальномерного канала ЛЦД 1 по направлению.

Для измерения угловой разъюстировки dv наводят прицельную марку 9 визирного канала 3 ЛЦД 1 через коллиматор 10 по центру диафрагмы 11, установленной в фокальной плоскости F коллиматора 10 для видимого диапазона спектра. Перемещением диафрагмы 11 вдоль оси коллиматора 10 устанавливают ее в фокальную плоскость F₁ коллиматора 10, соответствующую длине волны излучения излучающего канала 2 ЛЦД 1. Включают ЛЦД 1 на излучение, контролируют показания измерителя энергии 13 и смещением диафрагмы 11 с помощью устройства перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях в плоскости, перпендикулярной оси коллиматора 10, добиваются максимума энергии излучения на выходе диафрагмы 11 по показаниям измерителя энергии 13. Определяют величины смещения диафрагмы 11 от начального положения по двум координатам D и D для которых получен максимум энергии излучения на выходе диафрагмы 11, и вычисляют угловую разъюстировку dv излучающего и визирного каналов ЛЦД по формуле (4).

Для измерения разрешающей способности n дальномерного канала ЛЦД по направлению наводят прицельную марку визирного канала 3 ЛЦД 1 на уголковый отражатель 19 на щите 18, после чего смыкают щиты 14 и 15. Далее без изменения наводки ЛЦД 1 производят дальнометрирование с постепенным увеличением расстояния L₁ между уголковыми отражателями 16, 17 за счет симметричного смещения щитов 14, 15 в направлении, перпендикулярном линии визирования ЛЦД 1, и находят то расстояние L_1max, для которого отсчеты дальности ЛЦД 1 будут в 50% случаях соответствовать расстоянию (L+ DL ) до щита 18. Это расстояние соответствует диаметру зоны чувствительности дальномерного канала ЛЦД 1 на расстоянии L, при этом разрешающую способность по направлению n (т.е. угловой размер зоны чувствительности) вычисляют по формуле (5).

Тренированность оператора ЛЦД оценивают следующим образом.

Запускают в движение цель-мишень 6, на которой установлен уголковый отражатель 7. Оператор ЛЦД 1 осуществляет сопровождение цели-мишени, обеспечивая удержание прицельной марки визира 9 на точке прицеливания О со случайной угловой ошибкой прицеливания Dv Производят запуск цикла излучения ЛЦД, который осуществляет частотное дальнометрирование цели-мишени 6 с уголковым отражателем 7. Поскольку чувствительность приемного канала уменьшена, например, за счет установки в его апертуре ослабляющего светофильтра 5, отсчет дальности при каждом акте частотного дальнометрирования возникает только в случаях, когда уголковый отражатель 7 попадает в зону чувствительности дальномерного канала с угловым размером n Регистрируют общее число N_i актов измерения расстояния до цели-мишени 6 и число N_oi полученных отсчетов расстояния до цели-мишени.

Повторяют вышеописанную процедуру несколько раз, после чего вычисляют среднее значение частости "промахов" за n опытов:

Используя заданное (нормируемое) значение средней квадратической угловой ошибки наведения лазерного излучения на цель-мишень σ_н а также данные по угловой разъюстировке излучающего и визирного каналов δΦ и разрешающей способности дальномерного канала по направлению n вычисляют по формуле (1) нормируемую величину среднего значения частости "промахов" . Тренированность оператора оценивают, сопоставляя полученное опытным путем среднее значение частости "промахов" с нормируемым средним значением частости "промахов", а именно:

считают, что оператор ЛЦД аттестован на соответствие предъявляемым требованиям по точности наведения лазерного излучения на цель-мишень.

Выражение (15) позволяет при этом решать и обратную задачу, т.е. для каждого среднего значения частости "промахов", определенного опытным путем, вычислить соответствующую среднюю квадратическую угловую ошибку наведения оператором лазерного излучения ЛЦД на цель-мишень.

Пример. Разрешающая способность дальномерного канала ЛЦД по направлению составила 0,7 мрад, угловая разъюстировка излучающего и визирного каналов - 0,06 мрад. Требуемое нормируемое значение угловой ошибки σ_н составляет не более 0,15 мрад.

В соответствии с формулой (15) имеем:

В таблице приведены результаты расчетов среднего значения частости "промахов" для нескольких значений средней квадратической ошибки наведения оператором лазерного излучения ЛЦД на цель-мишень, полученных из (17). Табулированные значения функции I₀(z) взяты из [3]
Тренированность оператора оценивают по фактически полученному среднему значению частости "промахов", которому соответствует определенное значение средней квадратической угловой ошибки наведения σ Для приведенного примера s ≅ 0,15 мрад, что реализуется, если среднее значение частости "промахов" при сопровождении цели-мишени не превышает 7,1•10^-2 (7,1%).

Источники информации:
1. Комплект учебно-тренировочных средств 9Ф647. Техническое описание ет1.040.002 ТО. Инструкция по эксплуатации ет1.040.002 ИЭ прототип.

2. Г. Корн, Т. Корн "Справочник по математике для научных работников и инженеров". Москва, "Наука", 1977, с. 583.

"Справочник по специальным функциям" под ред. М. Абрамовица и И. Стиган. Москва, "Наука", 1979, с. 197, 234.

Сущность изобретения: для оценки тренированности оператора лазерного целеуказателя-дальномера используют цель-мишень 6, снабженную уголковым отражателем 7, и лазерный целеуказатель-дальномер 1, для которого отсчет расстояния до цели-мишени 6 возможен только при попадании излучения лазерного целеуказателя-дальномера на уголковый отражатель 7, производят наведение лазерного целеуказателя-дальномера 1 на цель-мишень 6, производят опыты, состоящие из N_i измерений дальности по цели-мишени, где i=1,2,...n есть номер опыта, и регистрируют количество отсчетов N_oi расстояния до цели-мишени в каждом опыте, при этом возможность отсчета расстояния до цели-мишени 6 только при попадании лазерного излучения на уголковый отражатель 7 обеспечивают за счет уменьшения чувствительности приемного канала 4 лазерного целеуказателя-дальномера 1, дополнительно определяют угловую разъюстировку излучающего 2 и визирного 3 каналов и разрешающую способность дальномерного канала лазерного целеуказателя-дальномера 1 по направлению и вычисляют нормируемую величину среднего значения частоту "промахов". 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Способ оценки тренированности оператора лазерного целеуказателя-дальномера, в котором используют цель-мишень, снабженную уголковым отражателем, и лазерный целеуказатель-дальномер, для которого отсчет расстояния до цели-мишени возможен только при попадании его лазерного излучения на уголковый отражатель, производят наведение лазерного целеуказателя-дальномера на цель-мишень, производят опыты, состоящие из N_i измерений дальности по цели-мишени, где i 1, 2 n есть номер опыта, и регистрируют количество отсчетов N_o i расстояния до цели-мишени в каждом опыте, отличающийся тем, что возможность отсчета расстояния до цели-мишени только при попадании лазерного излучения на уголковый отражатель обеспечивают за счет уменьшения чувствительности приемного канала лазерного целеуказателя-дальномера, при этом дополнительно определяют угловую разъюстировку δΦ излучающего и визирного каналов и разрешающую способность n дальномерного канала лазерного целеуказателя-дальномера по направлению, вычисляют нормируемую величину среднего значения частота "промахов" по формуле

где модифицированная функция Бесселя нулевого порядка;
σ_н- нормируемая средняя квадратическая угловая ошибка наведения оператором лазерного излучения ЛЦД на цель-мишень,
после чего используют в качестве критерия оценки тренированности оператора соотношение

где среднее значение частности "промахов" за n опытов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что угловую разъюстировку δΦ - излучающего и визирного каналов лазерного целеуказателя-дальномера определяют путем наведения прицельной марки визирного канала по центру установленной в фокальной плоскости коллиматора диафрагмы с диаметром отверстия
d = F•α,
где F фокусное расстояние коллиматора на длине волны излучающего канала, α - заданное значение угловой расходимости излучающего канала, перемещают диафрагму вдоль оси коллиматора в его фокальную плоскость, соответствующую длине волны излучающего канала, производят запуск лазерного целеуказателя-дальномера на излучение, перемещением диафрагмы в фокальной плоскости коллиматора в двух взаимно перпендикулярных направлениях обеспечивают максимум энергии излучения на выходе диафрагмы, при этом определяют линейные смещения диафрагмы Δx и Δy от начального положения, и вычисляют угловую разъюстировку излучающего и визирного каналов δΦ по формуле

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что разрешающую способность δ дальномерного канала лазерного целеуказателя-дальномера по направлению определяют на заданном расстоянии путем измерения дальности до снабженных уголковыми отражателями трех щитов, установленных перпендикулярно линии визирования лазерного целеуказателя-дальномера, два щита расположены на расстоянии L, третий щит на расстоянии
(L + ΔL),
где ΔL ≥ ΔD, ΔD - разрешающая способность дальномерного канала по дальности, при этом изменяют расстояние L₁ между уголковыми отражателями первых двух щитов за счет симметричного перемещения указанных щитов в направлении, перпендикулярном линии визирования от 0 до L_1max, при котором достигается 50% -ная вероятность измерения дальности до третьего щита, и вычисляют разрешающую способность ν дальномерного канала по направлению по формуле
n = L_1max/L .о