СЕЛЕКТИВНАЯ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДЛЯ КОМПЛЕКСОВ ВООРУЖЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G01C3/08 G01S13/08 G01S17/08 

Изобретение относится к цифровым системам измерения дальности, снабженных устройством выдачи информации о дальности на цифровой индикатор и на внешнее устройство, и может быть использовано для измерения дальности в системах управления комплексом вооружения. Система может работать как в составе лазерного дальномера или дальномера-подсветчика, так и в составе радарной установки.

Одной из основных задач дальномерных систем является селекция целей. Для селекции целей могут использоваться различные схемы, например селекция целей по порядку прихода сигнала отклика от целей [1, 2] или селекция целей по нахождению их в заданном интервале дальностей [3]. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является селективная система, описанная в патенте [3]. Информация о дальности поступает на цифровую индикацию, а также на выход системы, предназначенный для подключения внешних устройств. Выходная информация о дальности такой системы может использоваться для вычисления баллистической траектории артиллерийских неуправляемых снарядов.

Недостатком известных систем определения дальности является недостаточная их универсальность для различных средств вооружения, что проявляется в их неприспособленности для комплексов вооружения, имеющих в составе системы наведения управляемых снарядов. Неприспособленность проявляется в отсутствии помехозащищенности от "ложных" целей, расположенных за выбранной. Такая помеха может иметь место при низкой отражающей способности выбранной цели в рабочем диапазоне длин волн дальномера или при ошибках наведения на выбранную цель. При использовании информации о дальности внешними устройствами наведения управляемых снарядов полученные внешним устройством данные дальности от дальней "ложной" цели могут привести к промаху, причина которого пояснена в следующем абзаце.

Большинство систем наведения управляемых снарядов для повышения своей помехозащищенности используют маневр снаряда при полете к цели, заключающийся в отклонении снаряда от линии визирования цели в начальной фазе полета и выведение его на линию визирования на подлете к цели. Наличие на выходе дальномера ложной дальности, превышающей реальную, приводит к запоздалому выведению снаряда на линию визирования и, следовательно, к промаху.

Система [3] может быть использована для "отсечки" дальних целей. Для этого в нее необходимо ввести устройство оперативной установки минимальной и максимальной измеряемой дальности, которое может значительно усложнить работу оператора комплекса при установке указанных дальностей.

Другой причиной упомянутой неприспособленности указанных систем определения дальности является отсутствие данных на выходе системы при отсутствии отраженного импульса на входе ее приемного устройства. Данная ситуация требует принудительного введения дальности в систему управления огнем для вычисления приемлемой траектории полета снаряда, иначе (в случае отсутствия в системе информации о дальности или присутствия нулевой дальности) снаряд полетит прямой наводкой, что приводит к повышению риска срыва управления из-за задымленности поля управления продуктами сгорания стартового двигателя. Присутствие же на выходе системы информации о дальности, оставшейся от предыдущей (по времени обработки) цели и превышающей значение дальности до цели настоящей приведет к гарантированному промаху управляемого снаряда по причине, указанной выше. Однако и принудительное введение дальности извне после неудачной попытки ее измерения имеет свои недостатки, так как может приводить к задержкам срабатывания исполнительных механизмов, задающих начальное отклонение снаряда и, следовательно, к задержкам его пуска.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей известной системы определения дальности в части повышения ее помехоустойчивости и возможности сопряжения с комплексами вооружения, имеющих в составе управляемое оружие. Другой задачей является автоматизация процесса измерения дальности при сопряжении дальномера с комплексами, имеющими в своем составе несколько различных видов вооружения. Решение поставленных задач осуществляется принципиально, без введения дополнительных органов управления, которое привело бы к дополнительной загрузке оператора комплекса.

Упрощенная структурная схема предлагаемой системы определения дальности представлена на фиг. 1. Указанная задача изобретения решается за счет того, что в состав системы, имеющей передатчик 1 и приемник 2 электромагнитной энергии, счетчик импульсов 7, выход переполнения которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 4, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 3, а выход - со счетным входом счетчика 7, выход передатчика 1 соединен с входом установки в ноль счетчика 7, а выход приемника 2 - с первым входом элемента И 5, цифровой индикатор для отображения информации о дальности 15 и выходную шину данных 14 для выдачи информации на внешние устройства, введены регистр минимальной дальности 13, первая 10 и вторая 9 схемы сравнения, регистр выходных данных 8, ПЗУ 12, мультиплексор 11 и триггер 6, причем информационный выход счетчика импульсов 7 соединен с первыми входами обеих схем сравнения и информационным входом регистра данных 8, второй вход первой схемы сравнения 10 соединен с выходом регистра минимальной дальности 13, а выход - со вторым входом элемента И 5, третий вход которого соединен с выходом второй схемы сравнения 9, второй вход которой соединен с первым выходом ПЗУ 12, адресный вход которого соединен с выходом регистра минимальной дальности 13, а второй выход - с первым входом мультиплексора 11, второй вход которого соединен с выходом регистра выходных данных 8, тактовый вход которого соединен с выходом элемента И 5 и сбросовым входом триггера 6, вход установки которого соединен с выходом передатчика 1, а выход - с цифровым индикатором 15, выходной шиной 14 и входом управления мультиплексора 11, выход которого соединен с цифровым индикатором 15 и выходной шиной 14.

Система работает следующим образом. Стартовый импульс с передатчика 1 поступает на вход установки в исходное состояние счетчика импульсов 7 и вход установки в "единичное" состояние триггера 6, после чего на выходе счетчика 7 появляется логический "0", и сигнал со старшего разряда счетчика 7 поступает на первый вход элемента ИЛИ 4, разрешая тем самым проход тактовых импульсов с выхода генератора 3 на счетный вход счетчика 7. Сигналы с выходов счетчика 7 поступают на первые входы первой 10 и второй 9 схем сравнения и на информационный вход регистра данных 8. При этом на второй вход первой схемы сравнения 10 поступает код минимальной дальности D_min с выхода регистра минимальной дальности 13. На выходе первой схемы сравнения 10 будет присутствовать сигнал логического "0" до тех пор, пока содержимое счетчика 7 меньше значения кода минимальной дальности D_min. Этот сигнал поступает на второй вход элемента И 5 и блокирует прохождение сигналов с приемника 2.

Кроме того, код минимальной дальности D_min поступает на адресный вход ПЗУ 12, где он преобразуется по первому выходу в код максимальной дальности D_max в соответствии с выражением D_max = f(D_min), который поступает на второй вход второй схемы сравнения 9. Пока код на первом входе указанной схемы сравнения 9 (код с выхода счетчика 7) меньше кода на втором ее входе (код максимальной дальности), на выходе ее формируется сигнал логической "1", который, поступая на третий вход элемента И 5, разрешает проход импульсов с выхода приемника 2.

Таким образом, элемент И 5 открыт (разрешает проход импульсов с выхода приемника 2) только тогда, когда значение дальности на выходе счетчика 7 превысило минимальное значение дальности, заданное регистром минимальной дальности 13, но не достигло максимального значения, определяемого выражением D_max = f(D_min). Если в этот момент времени на вход приемника 2 поступит отраженный от цели сигнал, то он, пройдя на тактовый вход регистра данных 8, зафиксирует в нем значение, содержащееся на данный момент времени в счетчике 7, т. е. измеренную дальность до цели. Одновременно сигнал с приемника 2 поступит на вход установки в нулевое состояние триггера 6, сигнал с выхода которого разрешает проход информационных сигналов о дальности с выхода регистра данных 8 через мультиплексор 11 на индикатор дальности 15 и на выходную шину 14.

Если же сигнал с приемника 2 не поступит в промежуток времени, ограниченный поступлением сигналов минимальной и максимальной дальности, то на выходе триггера 6 присутствует сигнал логической "1", который разрешает проход через мультиплексор 11 (на индикатор дальности 15 и на выходную шину 14) установленного кода D_уст со второго выхода ПЗУ 12, определяющего дальность в соответствии с выражением D_уст = f(D_min,D_max), например, в простейшем случае: D_уст = D_min. Одновременно сигнал триггера поступит на цифровой индикатор 15 и на выходную шину 14 для отображения информации о том, что на выход системы поступает установленная, а не измеренная дальность. Таким образом, в случае отсутствия на входе приемника 2 отклика от цели на выход системы в качестве измеренного значения поступает значение, равное установленному. Это позволяет всегда по желанию оператора иметь на выходе системы данные о дальности без внесения задержек в циклограмму пуска управляемого снаряда.

По заполнению счетчика 7 на его старшем разряде появляется сигнал логической "1", который, поступая на первый вход элемента ИЛИ 4, запрещает проход импульсов на счетчик 7, завершая тем самым процесс измерения дальности. При поступлении следующего стартового импульса с передатчика процесс измерения повторяется по описанной выше схеме.

ПЗУ выполняется с возможностью преобразования кода регистра минимальной дальности по первому выходу ПЗУ в код максимальной дальности таким образом, что разность между максимальной и минимальной дальностями возрастает пропорционально увеличению кода минимальной дальности.

Предпочтительной реализацией приемопередающей части описанной системы определения дальности является импульсный лазерный передатчик, приспособленный для направления излучения на цель, и фотоприемное устройство, приспособленное для приема отраженного лазерного излучения и преобразования его в электрические сигналы. В качестве приемопередающей части системы можно использовать и приемопередающее устройство радара. Элементы электронной схемы системы могут быть реализованы с применением стандартных микросхем, например микросхем серий 1533 или 1554 [5]. ПЗУ реализуется с помощью программируемой микросхемы, например 1623РТ1.

Таким образом, описанная выше система позволяет производить измерение дальности в интервале от D_min до D_max.

Доработка вышеописанной схемы (в части использования в качестве кода минимальной дальности D_min на втором входе первой схемы сравнения 10 сигнала с третьего выхода ПЗУ 12) позволяет задавать интервал измеряемых дальностей с помощью его среднего значения D_сред в соответствии с выражением D_сред = (D_min + D_max)/2, при заданной ширине интервала (D_max - D_min), где D_max - код максимальной дальности на втором входе второй схемы сравнения 9. Такая доработка расширяет эргономические свойства системы.

Упрощенная структурная схема доработанной системы определения дальности представлена на фиг. 2.

В этом варианте указанная задача изобретения решается за счет того, что в состав системы, имеющей передающее устройство для периодической передачи направленного лазерного излучения к отдаленным целям 1 и фотоприемное устройство для приема отраженного от целей лазерного излучения 2, счетчик импульсов 7, выход переполнения которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 4, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 3, а выход - со счетным входом счетчика 7, выход передатчика 1 соединен с входом установки в ноль счетчика 7, а выход приемника 2 - с первым входом элемента И 5, цифровой индикатор для отображения информации о дальности 15 и выходную шину данных 14 для выдачи информации на внешние устройства, введены регистр средней дальности 16, первая 10 и вторая 9 схемы сравнения, регистр выходных данных 8, ПЗУ 12, мультиплексор 11 и триггер 6, причем информационный выход счетчика импульсов 7 соединен с первыми входами обеих схем сравнения и информационным входом регистра данных 8, второй вход первой схемы сравнения 10 соединен с третьим выходом ПЗУ 12, а выход - со вторым входом элемента И 5, третий вход которого соединен с выходом второй схемы сравнения 9, второй вход которой соединен с первым выходом ПЗУ 12, адресный вход которого соединен с выходом регистра средней дальности 16, а второй выход - с первым входом мультиплексора 11, второй вход которого соединен с выходом регистра выходных данных 8, тактовый вход которого соединен с выходом элемента И 5 и сбросовым входом триггера 6, вход установки которого соединен с выходом передатчика 1, а выход - с цифровым индикатором 15, выходной шиной 14 и входом управления мультиплексора 11, выход которого соединен с цифровым индикатором 15 и выходной шиной 14.

Система работает аналогично системе, изображенной на фиг. 1. Отличие заключается лишь в том, что оба кода как максимальной D_max, так и минимальной D_min дальностей (на вторых входах схем сравнения) получаются путем преобразования в ПЗУ 12 (по первому и третьему выходам, соответственно) кода, поступающего на вход ПЗУ 12.

ПЗУ выполнено с возможностью преобразования кода регистра середины диапазона измеряемой дальности D_сред по первому выходу ПЗУ в код максимальной дальности D_max и по третьему выходу ПЗУ в код минимальной дальности D_min в соответствии с вышеуказанной зависимостью: D_сред = (D_min + D_max)/2.

ПЗУ выполняется с возможностью преобразования кода регистра середины диапазона измеряемой дальности по первому выходу ПЗУ в код максимальной дальности и по третьему выходу ПЗУ в код минимальной дальности таким образом, что разность между максимальной и минимальной дальностями возрастает пропорционально увеличению кода регистра середины диапазона измеряемой дальности.

Зависимость значения дальней границы D_max интервала измеряемых дальностей (ширины интервала) от значения его ближней границы D_min в обеих описанных схемах определяется двумя основными факторами. Во-первых, динамическими характеристиками снаряда, которые в свою очередь могут зависеть от погодных условий (температуры, направления ветра) или, другими словами, от того насколько быстро данный снаряд может быть выведен на линию визирования при подлете к цели. Во вторых, с учетом оговоренной выше возможности отсутствия отклика, от точности визуальной оценки оператором дальности до выбранной цели.

Интервал должен быть достаточно мал для минимизации вероятности промаха в случае нахождения реальной цели вблизи передней границы интервала и получения отклика от ложной цели, расположенной у дальней границы интервала. С другой стороны, должна быть снижена вероятность непопадания выбранной цели в интервал из-за неправильной визуальной оценки дальности оператором. Ошибка визуальной оценки дальности до цели возрастает пропорционально квадрату расстояния до нее [4], поэтому ширина интервала должна возрастать с увеличением расстояния до цели.

Описанная система позволяет выбрать оптимальную ширину интервала для различных типов управляемых снарядов в зависимости от выбранной оператором ближней границы (в первом варианте) или среднего значения (во втором варианте) интервала. Установление зависимости с помощью программируемой микросхемы позволяет реализовать достаточный набор законов и их оперативный выбор по внешнему сигналу. Для уменьшения влияния субъективных ошибок оператора при определении им дальности до цели в системе установлена возрастающая с расстоянием до цели ширина интервала.

Значения одной из реализованных в системе зависимостей представлены в таблице (в качестве ближней границы выбрано само установленное значение дальности):
Источники информации:
1. Патент США N 3752581, МКИ G 01 C 3/08.

2. Патент Великобритании N 1322407, МКИ G 01 S 9/62.

3. Патент США N 3545861, МКИ G 01 C 3/08.

4. С. А. Сухопаров "Сборка и юстировка морских оптических дальномеров", Оборонгиз, Москва, 1961 г, стр. 4-6.

5. И. И. Петровский, А. В. Прибыльский и др. "Логические ИС КР1533, КР1554. Справочник", Бином, Москва, 1993 г.

Изобретение относится к цифровым системам измерения дальности по отраженному от цели излучению. Система включает лазерный дальномер, включающий передатчик и приемник излучения. Система позволяет проводить обработку данных о дальности до цели в заданном интервале дальностей. Ближняя граница интервала устанавливается оператором, а дальняя граница устанавливается автоматически в соответствии с заданным законом, зависящим от динамических характеристик конкретного типа управляемого снаряда. Второй вариант системы позволяет оператору задавать середину интервала измеряемой дальности, при этом ближняя и дальняя границы интервала устанавливаются автоматически в соответствии с заданным законом. Это достигается преобразованием установленной дальности регистра, подключенного к входу ПЗУ, в код минимальной дальности по третьему выходу ПЗУ, подключенному к второму входу первой схемы сравнения. Данные об измеренной дальности до цели поступают на выход дальномера только в случае нахождения цели в заданном интервале дальностей. В противном случае на выход дальномера поступает значение дальности, равное либо значению ближней границы интервала дальностей, либо заданному оператором значению. Система имеет повышенный уровень автоматизации и помехозащищенность. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Селективная система определения дальности для комплексов вооружения, включающая передатчик и приемник электромагнитной энергии, счетчик импульсов, выход переполнения которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - со счетным входом счетчика, выход передатчика соединен с входом установки в ноль счетчика, а выход приемника - с первым входом элемента И, цифровой индикатор для отображения информации о дальности и выходную шину данных для выдачи информации на внешние устройства, отличающаяся тем, что в систему введены регистр минимальной дальности, первая и вторая схемы сравнения, регистр выходных данных, ПЗУ, мультиплексор и триггер, причем информационный выход счетчика импульсов соединен с первыми входами обеих схем сравнения и информационным входом регистра данных, второй вход первой схемы сравнения соединен с выходом регистра минимальной дальности, а выход - со вторым входом элемента И, третий вход которого соединен с выходом второй схемы сравнения, второй вход которой соединен с первым выходом ПЗУ, адресный вход которого соединен с выходом регистра минимальной дальности, а второй выход - с первым входом мультиплексора, второй вход которого соединен с выходом регистра выходных данных, тактовый вход которого соединен с выходом элемента И и сбросовым входом триггера, вход установки которого соединен с выходом передатчика, а выход - с цифровым индикатором, выходной шиной и входом управления мультиплексора, выход которого соединен с цифровым индикатором и выходной шиной. 2. Селективная система определения дальности по п.1, отличающаяся тем, что ПЗУ выполнено с возможностью преобразования кода регистра минимальной дальности по первому выходу ПЗУ в код максимальной дальности таким образом, что разность между максимальной и минимальной дальностями возрастает пропорционально увеличению кода минимальной дальности. 3. Селективная система определения дальности для комплексов вооружения, включающая передающее устройство для периодической передачи направленного лазерного излучения к отдаленным целям, фотоприемное устройство для приема отраженного от целей лазерного излучения, счетчик импульсов, выход переполнения которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - со счетным входом счетчика, выход передатчика соединен с входом установки в ноль счетчика, а выход приемника - с первым входом элемента И, цифровой индикатор для отображения информации о дальности и выходную шину данных для выдачи информации на внешние устройства, отличающаяся тем, что в систему введены регистр середины диапазона измеряемой дальности, первая и вторая схемы сравнения, регистр выходных данных, ПЗУ, мультиплексор и триггер, причем информационный выход счетчика импульсов соединен с первыми входами обеих схем сравнения и информационных входов регистра данных, второй вход первой схемы сравнения соединен с третьим выходом ПЗУ, а выход - со вторым входом элемента И, третий вход которого соединен с выходом второй схемы сравнения, второй вход которой соединен с первым выходом ПЗУ, адресный вход которого соединен с выходом регистра середины диапазона измеряемой дальности, а второй выход - с первым входом мультиплексора, второй вход которого соединен с выходом регистра выходных данных, тактовый вход которого соединен с выходом элемента И и сбросовым входом триггера, вход установки которого соединен с выходом передатчика, а выход - с цифровым индикатором, выходной шиной и входом управления мультиплексора, выход которого соединен с цифровым индикатором и выходной шиной. 4. Селективная система определения дальности по п.3, отличающаяся тем, что ПЗУ выполнено с возможностью преобразования кода регистра середины диапазона измеряемой дальности по первому выходу ПЗУ в код максимальной дальности и по третьему выходу ПЗУ в код минимальной дальности таким образом, что разность между максимальной и минимальной дальностями возрастает пропорционально увеличению кода регистра середины диапазона измеряемой дальности. 5. Селективная система определения дальности по п.4, отличающаяся тем, что ПЗУ выполнено с возможностью преобразованию кода регистра середины диапазона измеряемой дальности D_сред по первому выходу ПЗУ в код максимальной дальности D_max и по третьему выходу ПЗУ в код минимальной дальности D_min в соответствии с выражением D_сред = (D_min + D_max)/2.