ПРИБОР ДЛЯ ДНЕВНОГО И НОЧНОГО НАБЛЮДЕНИЯ И ПРИЦЕЛИВАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК G02B23/10 G01S17/06 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим системам наблюдения, измерения дальности до удаленных объектов и прицеливания различного вооружения, располагающегося на различных видах военной техники, и может быть использовано для дистанционного обнаружения ненаблюдаемых другими средствами замаскированных объектов, имеющих в своем составе оптические и оптоэлектронные приборы, определения дальности до них и прицеливания по обнаруженным объектам.

Наиболее близким по технической сущности является прицел-прибор наведения [1], который содержит головное зеркало с системой стабилизации и наведения линии визирования, оптически связанное с визирным каналом, состоящим из оптически связанных объектива, светоделителя в виде зеркала с отверстием, оптического модуля и окуляра, причем оптический модуль содержит дневной канал и ночной канал, при этом каждый из каналов установлен с возможностью ввода в оптический тракт визирного канала и включает в себя прицельную марку, выполненную в виде сетки, расположенной в фокальной плоскости соответствующего канала оптического модуля. Прибор предназначен для ведения наблюдения, поиска, обнаружения и опознавания целей в дневных и ночных условиях и обеспечения прицельной стрельбы.

Недостатком этого прибора является то, что он не обеспечивает обнаружение целей замаскированных на фоне местности или малоразмерных целей, имеющих в своем составе оптические средства наблюдения и прицеливания, определение дальности до них и выявление наиболее опасных из наблюдаемых целей, непосредственно угрожающих в данный момент объекту, в состав которого входит прибор, т.е. прицеливающихся по нему.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей прибора и номенклатуры обнаруживаемых им целей, повышение его боевой эффективности за счет повышения точности и достоверности прицеливания.

Поставленная задача достигается тем, что прибор для дневного и ночного наблюдения и прицеливания, содержащий головное зеркало с системой стабилизации и наведения линии визирования, оптически связанное с визирным каналом, состоящим из оптически связанных объектива, светоделителя, оптического модуля и окуляра, причем оптический модуль содержит дневной и ночной каналы, каждый из которых имеет прицельную марку в виде сетки и установлен с возможностью ввода в оптический тракт визирного канала, в отличие от прототипа, дополнительно содержит блок излучателей, включающий первый канал излучения, состоящий из оптически связанных частотно-импульсного лазерного излучателя и первой формирующей системы, и второй канал излучения, состоящий из оптически связанных светового излучателя и второй формирующей системы, причем каждый из каналов оптически связан посредством первого спектроделительного блока с последовательно расположенными и оптически связанными блоком сканирования с устройством контроля положения сканирующего элемента и третьей формирующей системой, второй спектроделительный блок, расположенный между головным зеркалом и объективом, оптически связывающий через третью формирующую систему частотно-импульсный лазерный излучатель с головным зеркалом, а световой излучатель с входной апертурой объектива визирного канала, и установленный с возможностью вывода из этой связи, причем для излучения светового излучателя второй спектроделительный блок является световозвращателем, четвертую формирующую систему, оптически связанную со светоделителем, расположенную между светоделителем и блоком сканирования и оптически связанную с помощью блока сканирования с блоком фотоприемного устройства, при этом выход фотоприемного устройства соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом порогового устройства, выход которого соединен с первым входом микропроцессора, второй вход микропроцессора соединен с первым выходом параллельного интерфейса, а первый выход микропроцессора соединен с первым входом параллельного интерфейса, второй вход параллельного интерфейса соединен с устройством контроля положения сканирующего элемента, второй выход параллельного интерфейса соединен со световым излучателем, третий выход параллельного интерфейса соединен с управляющим входом частотно - импульсного лазерного излучателя, четвертый выход параллельного интерфейса соединен с системой стабилизации и наведения линии визирования, а пятый выход параллельного интерфейса соединен с входом системы индикации, оптически связанной с окуляром, при этом светоделитель выполнен в виде спектроделителя, пропускающего излучение частотно-импульсного лазерного излучателя.

Блок фотоприемного устройства может содержать оптически связанные и последовательно расположенные пятую формирующую систему, полевую диафрагму, шестую формирующую систему и фотоприемное устройство.

К новым элементам относятся: частотно - импульсный лазерный излучатель (ЧИЛИ), первая формирующая система, световой излучатель, вторая формирующая система, первый спектроделительный блок, третья формирующая система, блок сканирования с устройством контроля положения сканирующего элемента, второй спектроделительный блок, светоделитель, выполненный в виде спектроделителя, четвертая формирующая система, блок фотоприемного устройства, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), пороговое устройство, микропроцессор (МП) и параллельный интерфейс.

Введение новых элементов, во взаимосвязи с элементами прибора для дневного и ночного наблюдения и прицеливания, обеспечивает возможность обнаружения оптических средств целей.

Для обнаружения оптических средств целей в приборе реализуется известный принцип энергетического выделения зондирующего лазерного сигнала, отраженного от оптических и оптоэлектронных средств, применяемых в составе наблюдательных и прицельных устройств, на фоне сигналов от диффузно рассеивающих местных предметов и поверхностей объектов техники. При облучении таких средств актиничным лазерным излучением (т.е. соответствующим рабочему спектральному диапазону оптических и оптико-электронных средств) возникает эффект световозвращения, который проявляется в том, что независимо от угла подсвета оптико-электронного средства излучением ЧИЛИ отраженное излучение распространяется в направлении, близком к направлению его падения. Само оптическое или оптико-электронное средство выступает при этом как световозвращатель. Такой характер отражения связан с автоколлимационным ходом лучей в типичной оптической системе облучаемого прибора, в фокальной плоскости которой находится, как правило, какой-либо отражающий элемент (измерительная сетка, фотокатод электронно-оптического преобразователя, фотоприемник и др.).

Для определения координат оптических средств с точностью, необходимой для ведения стрельбы, угловые размеры зондирующего луча и углового поля фотоприемника имеют величину порядка 1 миллирадиана. Для обеспечения поиска оптического или электронно-оптического средства используется высокоскоростное сканирование зондирующим лучом в заданном угловом поле и прием отраженного излучения.

Указанные требования обеспечиваются в приборе для дневного и ночного наблюдения и прицеливания путем введения новых элементов, которые в совокупности с имеющимися элементами прибора образуют зондирующий канал, приемный канал, а также систему целеуказания, включающую канал световой индикации и систему автоматического наведения на цель.

Прибор позволяет обеспечить достоверное измерение дальности до обнаруженной цели, определить расположение цели относительно прицельной марки прибора и произвести индикацию местоположения цели. Это позволяет вскрыть замаскированные и малоразмерные цели, которые иначе были бы не замечены, при наблюдении целей идентифицировать их, выявить наиболее опасные, подлежащие первоочередному обстрелу, и навести вооружение на них, что расширяет функциональные возможности прибора. При этом точно определяются координаты цели, в т.ч. и малоразмерной, что приводит к повышению точности и достоверности прицеливания и соответственно повышению боевой эффективности прибора.

При подключении прибора через параллельный интерфейс к баллистическому вычислителю вооружения возможно автоматическое прицеливание по целям, которые находятся за пределом дальности стрельбы прямой наводкой, при этом команда на поражение может подаваться сразу после обнаружения оптического средства цели даже при кратковременном появлении сигнала от цели.

На фиг.1 представлена блок-схема прибора для дневного и ночного наблюдения и прицеливания. На фиг.2 представлен вариант выполнения блока фотоприемного устройства.

Прибор для дневного и ночного наблюдения и прицеливания содержит (см. фиг.1) головное зеркало 1 с системой стабилизации и наведения линии визирования 2; визирный канал, образованный последовательно расположенными и оптически связанными объективом 3, светоделителем, выполненным в виде спектроделителя 4, оптическим модулем 5 и окуляром 6, причем оптический модуль содержит дневной 7 и ночной 8 каналы, каждый из которых имеет прицельную марку в виде сетки 9, 10 и установлен с возможностью ввода в оптический тракт визирного канала; зондирующий канал, образованный последовательно расположенными и оптически связанными ЧИЛИ 11, первой формирующей системой 12, первым спектроделительным блоком 13, блоком сканирования 14 с устройством контроля 15 положения сканирующего элемента и третьей формирующей системой 16; приемный канал, образованный последовательно расположенными и оптически связанными объективом 3, спектроделителем 4, пропускающим излучение ЧИЛИ 11, четвертой формирующей системой 17, блоком сканирования 14 с устройством контроля 15 положения сканирующего элемента и блоком фотоприемного устройства 18, выход которого соединен с входом АЦП 19, выход которого соединен с входом порогового устройства 20, выход которого соединен с первым входом МП 21, второй вход МП 21 соединен с первым выходом параллельного интерфейса 22, а первый выход МП 21 соединен с первым входом параллельного интерфейса 22, второй вход параллельного интерфейса 22 соединен с устройством контроля 15 положения сканирующего элемента, второй выход параллельного интерфейса 22 соединен со световым излучателем 23, третий выход параллельного интерфейса 22 соединен с управляющим входом ЧИЛИ 11, четвертый выход параллельного интерфейса 22 соединен с системой стабилизации и наведения линии визирования 2, а пятый выход параллельного интерфейса соединен с входом системы индикации 26, оптически связанной с окуляром; систему целеуказания, содержащую канал световой индикации, образованный последовательно расположенными и оптически связанными световым излучателем 23, второй формирующей системой 24, первым спектроделительным блоком 13, блоком сканирования 14, третьей формирующей системой 16, вторым спектроделительным блоком 25, объективом 3, спектроделителем 4, оптическим модулем 5 и окуляром 6, и систему автоматического наведения на цель, образованную электрически связанными устройством контроля 15 положения сканирующего элемента, параллельным интерфейсом 22, МП 21, параллельным интерфейсом 22, системой стабилизации и наведения линии визирования 2, механически связанной с головным зеркалом 1; при этом устройство контроля 15 положения сканирующего элемента содержит датчики угла 27, устройство сканирования содержит сканирующий элемент 28, а блок излучателей 29 образован ЧИЛИ 11 с первой формирующей системой и световым излучателем 23 со второй формирующей системой 24, оптически связанными первым спектроделительным блоком 13.

Блок фотоприемного устройства 18 может быть выполнен в виде оптически связанных и последовательно расположенных пятой формирующей системы 30, полевой диафрагмы 31, шестой формирующей системы 32 и фотоприемного устройства 33.

При этом новые оптические элементы конструктивно расположены таким образом, что при установке сканирующего элемента 28 сканирующего устройства 14 в среднее положение оптические оси зондирующего и приемного каналов, а также канала световой индикации устанавливаются параллельными оптической оси визирного канала. Таким образом, при наведении прицельной марки на бесконечно удаленную точку зондирующее излучение ЧИЛИ 11 и светового излучателя 23 направлено в ту же точку, в которую наведена прицельная марка, а излучение из этой точки приходит в центр светочувствительной площадки фотоприемного устройства 33. При установке второго спектроделительного блока 25 между головным зеркалом 1 и объективом 3 излучение ЧИЛИ 11 проходит на головное зеркало 1 без изменения направления распространения, а излучение светового излучателя 23 попадает в объектив 3. Поскольку второй спектроделительный блок 25 является световозвращателем для излучения светового излучателя 23, то он заводит излучение индикации в визирный канал под тем же углом к оптической оси, под каким оно выходило из третьей формирующей системы 16. Таким образом, при введении второго спектроделительного блока 25 и наблюдении в окуляр 6, излучение канала световой индикации наблюдается исходящим из той точки пространства предметов, в которую попадает излучение ЧИЛИ 11 и в которую наведена прицельная марка. То есть при наведении прицельной марки на удаленную точку в эту же точку будет приходить центр полосы зондирующего излучения ЧИЛИ 11, на центр светочувствительной площадки фотоприемного устройства 33 в приемном канале будет приходить излучение, отраженное от этой точки, а при включении светового излучателя 23 в окуляре 6 визирного канала будет наблюдаться световая точка на сетке прибора.

Головное зеркало 1 является основным оптическим элементом, с помощью которого система стабилизации и наведения линии визирования 2 удерживает линию визирования в заданном направлении. Головное зеркало 1 может быть выполнено в виде стеклянной пластины с зеркальным алюминиевым покрытием, закрепленной на металлическом основании и механически связанной с системой стабилизации и наведения линии визирования 2.

Система стабилизации и наведения линии визирования 2 служит для наведения и удержания линии визирования в заданном направлении. Система стабилизации может быть выполнена в виде блока стабилизации головного зеркала 1 и предусматривает поворот и удержание линии визирования в вертикальной и горизонтальной плоскостях в рабочих диапазонах углов прокачки [1].

Система стабилизации и наведения линии визирования 2 состоит из двух каналов:

канала вертикального наведения (канал ВН);

канала горизонтального наведения (канал ГН).

Система стабилизации имеет отдельный электрический вход, который используется для подачи внешнего сигнала на каналы ВН и ГН и, таким образом, обеспечивает дополнительный поворот линии визирования в вертикальной и горизонтальной плоскостях в рабочих диапазонах углов прокачки.

Объектив 3 предназначен для проекции пространства предметов в плоскость сеток 9, 10 и может быть выполнен в виде объектива с входным зрачком диаметром 104 мм и фокусным расстоянием 150 мм.

Спектроделитель 4 служит для разделения падающего на него светового излучения по спектральному составу и по направлению распространения. Спектроделитель 4 может быть выполнен в виде стеклянной плоскопаралельной пластины с нанесенным на нее диэлектрическим спектральным полосовым фильтром, расположенной под углом 45° к оптической оси объектива визирного канала. Полосовой фильтр пропускает те длины волн, на которых работает ЧИЛИ 11 и отражает длины волн в диапазоне работы дневного и ночного каналов.

Оптический модуль 5 предназначен для проекции и одновременного оборачивания изображения пространства предметов, спроецированного объективом 3 в плоскость предметов окуляра 6. Оптический модуль 5 может быть выполнен в виде турели, обеспечивающей ввод в оптический тракт визирного канала дневного и ночного каналов.

Окуляр 6 предназначен для рассматривания изображения пространства предметов и прицельных марок сеток, спроецированных оборачивающей системой в плоскость предметов окуляра. Окуляр 6 рассчитан для работы совместно с глазом оператора и имеет фокусное расстояние 30 мм.

Дневной канал 7 предназначен для наблюдения и прицеливания днем и может быть выполнен в виде линзовой оборачивающей системы, обеспечивающей увеличение визирного канала 14^х и поле зрения 3,5°.

Ночной канал 8 предназначен для наблюдения и прицеливания ночью и выполнен с усилителем изображения. Усилитель изображения может быть выполнен в виде электронно-оптического преобразователя (ЭОП) прямого изображения с проекционным объективом, который оборачивает и переносит изображение с экрана ЭОП в предметную плоскость окуляра. При установке ночного канала 8 визирный канал имеет поле зрения 6,66° и увеличение 5,5^х.

Дневной 7 и ночной 8 каналы имеют соответственно сетки 9 и 10, которые предназначены для определения линии визирования прибора и могут быть выполнены в виде стеклянных пластин с нанесенной на одной из поверхностей прицельной маркой. Размер прицельной марки для каждой сетки подбирается таким образом, что при переходе из дневного в ночной режим размер изображения прицельной марки будет оставаться постоянным.

Частотно-импульсный лазерный излучатель (ЧИЛИ) 11 предназначен для генерации импульсов светового излучения. В качестве ЧИЛИ 11 может использоваться полупроводниковый лазер типа ИЛПИ-133 с максимумом рабочей длины волны 880 нм и спектральной полушириной 5 нм, излучающий световой импульс длительностью 100 нс с частотой следования импульсов, задаваемой микропроцессором (в данном случае порядка 5 кГц).

Первая формирующая система 12 служит для коллимации излучения ЧИЛИ 11. Первая формирующая система 12 может быть выполнена в виде объектива с цилиндрической оптикой и осуществляет коллимацию излучения ЧИЛИ 11 раздельно по двум координатам. Она имеет выходной зрачок 8 мм и фокусные расстояния во взаимно перпендикулярных плоскостях 6,5 и 32,5 мм. Применение цилиндрической оптики позволяет сформировать зондирующий луч необходимых угловых размеров с учетом линейных размеров тела свечения полупроводникового лазера. После прохождения первой формирующей системы 12 излучение ЧИЛИ 11 имеет угловые размеры около 25'×2,5'.

Первый спектроделительный блок 13 служит для пространственного совмещения излучения ЧИЛИ 11 и светового излучателя 23 в общий луч. Первый спектроделительный блок 13 может быть выполнен в виде стеклянной плоскопараллельной пластины с нанесенным на нее диэлектрическим многослойным покрытием, которое имеет коэффициент отражения не менее 97% для длины волны больше 0,85 мкм и коэффициент пропускания не менее 90% для длины волны меньше 0,8 мкм.

Блок сканирования 14 предназначен для одновременного периодического наклона на одинаковые углы оптических осей зондирующего и приемного каналов и канала световой индикации и может быть выполнен в виде однокоординатного блока сканирования или двухкоординатного блока сканирования в зависимости от варианта исполнения.

Однокоординатный блок сканирования 14 может быть выполнен со сканирующим элементом 28 в виде плоского зеркала, которое качается двигателем с помощью кривошипно-шатунного механизма вокруг горизонтальной оси, находящейся на уровне поверхности зеркала, на углы ±2°35' с частотой 5 Гц. Это позволяет обеспечить сканирование пространства предметов в вертикальном направлении на угол ±1° относительно прицельной марки. При этом горизонтальное наведение прицельной марки на цель при ее поиске осуществляется вручную поворотом прибора. При частоте качания зеркала 5 Гц частота следования импульсов ЧИЛИ 11 выбрана равной 5 кГц, что обеспечивает значительное перекрытие соседних импульсов зондирования в пространстве и уменьшает вероятность пропуска оптического средства.

Устройство контроля 15 положения сканирующего элемента, в случае однокоординатного сканирования, может состоять из одного датчика угла 27 (например, типа ОПТОСИН, аналог преобразователя угловых перемещений ЛИР-158Р). Датчик угла 27 имеет механическую связь со сканирующим элементом 28, т.к. прикреплен к оси качания зеркала. Данные от датчика периодически поступают в один из каналов параллельного интерфейса 22 и через него в МП 21. При обнаружении оптического средства МП 21 пересчитывает полученную величину угла наклона зеркала в величину угла превышения цели относительно прицельной марки.

Двухкоординатный блок сканирования 14 может быть выполнен со сканирующим элементом в виде плоского зеркала, которое качается двигателем с помощью кривошипно-шатунного механизма вокруг горизонтальной оси, находящейся на уровне поверхности зеркала, на углы ±2°35' с частотой 5 Гц и одновременно качается вокруг вертикальной оси на углы ±30' с частотой 0,5 Гц. Двухкоординатный блок сканирования 14 обеспечивает одновременное сканирование пространства целей в вертикальной плоскости на угол ±1° и в горизонтальной плоскости на угол ±12' относительно прицельной марки.

Устройство контроля 15 положения сканирующего элемента, в случае двухкоординатного блока сканирования 14, содержит два датчика угла 27 (например, типа ОПТОСИН). Датчики углов 27 прикреплены к осям качания зеркала. Как и в случае однокоординатного сканирования, данные датчиков периодически поступают в каналы параллельного интерфейса 22 и через него в МП 21. При обнаружении оптического средства МП 21 пересчитывает полученные величины углов наклона зеркала по вертикали и по горизонту в величины углов отклонения цели относительно прицельной марки.

Третья формирующая система 16 служит для уменьшения расходимости излучения ЧИЛИ 11 и окончательного формирования его угловых характеристик, необходимых для зондирования пространства предметов, и, одновременно, для формирования угловых характеристик излучения в канале световой индикации. Третья формирующая система 16 может быть выполнена в виде линзового телескопа с переменной кратностью увеличения от 4,5 до 5,5 крат. Это позволяет выставить ее кратность, равной кратности 5^х телескопа, образованного объективом визирного канала 3 и четвертой формирующей системой 17. Равные кратности телескопов обеспечивают пространственное согласование передающего канала, приемного канала и канала световой индикации и обеспечивают параллельность их оптических осей в процессе сканирования. После прохождения третьей формирующей системы 16 зондирующий луч имеет угловые размеры около 5'×0.5', а луч индикации около 1.

Четвертая формирующая система 17 предназначена для работы совместно с объективом визирного канала 3 и служит для согласования апертуры отраженного от предметов и принятого объективом 3 излучения ЧИЛИ 11 с апертурой сканирующего элемента 28. Четвертая формирующая система 17 может быть выполнена в виде объектива с отрицательным фокусным расстоянием, равным 30 мм, который совместно с объективом визирного канала 3 образует телескопическую систему кратностью 5^х.

Блок фотоприемного устройства 18 предназначен для приема зондирующего излучения, фокусировки зондирующего излучения на светочувствительную площадку фотоприемного устройства 33 и выдачи электрического сигнала, пропорционального мощности зондирующего излучения, поступившего на светочувствительную площадку фотоприемного устройства 33.

Блок фотоприемного устройства 18 может быть выполнен (фиг.2) в виде оптически связанных и последовательно расположенных пятой формирующей системы 30, полевой диафрагмы 31, шестой формирующей системы 32 и фотоприемного устройства 33.

Пятая формирующая система 30 служит для проекции зондируемого углового поля в плоскость полевой диафрагмы. Пятая формирующая система 30 может быть выполнена в виде объектива с фокусным расстоянием 70 мм.

Полевая диафрагма 31 служит для выделения из общего зондируемого углового поля мгновенного углового поля, в котором осуществляется прием зондирующего излучения. Полевая диафрагма 31 может быть выполнена в виде щели размером 0,6×0,1 мм, изготовленной методом фотолитографии на стеклянной плоскопараллельной пластине.

Шестая формирующая система 32 служит для формирования отраженного зондирующего излучения в пятно определенных размеров на светочувствительной площадке фотоприемного устройства 33. Шестая формирующая система 32 может быть выполнена в виде объектива, который проецирует полевую диафрагму и, следовательно, прошедшее через нее отраженное зондирующее излучение, на светочувствительную площадку фотоприемного устройства 33 с увеличением 0,7^х.

Фотоприемное устройство 33 служит для приема зондирующего излучения, отраженного от предметов, и выдачи электрического сигнала, пропорционального мощности зондирующего излучения, поступившего на светочувствительную площадку фотоприемного устройства 33. Фотоприемное устройство 33 может быть выполнено в виде микросборки на базе pin диода (типа ФПУ28-3) со светочувствительной площадкой диаметром 0,6 мм.

Аналого-цифровой преобразователь 19 предназначен для оцифровки аналоговых электрических сигналов, поступающих от фотоприемного устройства 33, и может быть выполнен в виде 14-ти разрядного АЦП на базе микросхемы AD 13465.

Пороговое устройство 20 предназначено для сравнения величин оцифрованных электрических сигналов, поступающих из АЦП 19, с пороговыми величинами сигналов. Пороговое устройство 20 может быть выполнено в виде цифрового компаратора с собственным оперативным запоминающим устройством, в котором записаны пороговые величины сигналов. В качестве порогового устройства 20 может использоваться программируемая логическая интегральная микросхема «Xilinx».

Микропроцессор 21 предназначен для выдачи управляющих сигналов на параллельный интерфейс 22 на основании заложенной в него программы и проведенных вычислений.

В качестве МП 21 может использоваться микропроцессор, входящий в состав программируемой микросхемы Triscend TA7S20-60Q.

Параллельный интерфейс 22 используется для связи МП 21 с периферийными устройствами. В качестве параллельного интерфейса может быть использована интерфейсная плата с управляющими компонентами, соответствующими периферийным устройствам.

Световой излучатель 23 служит для световой индикации и может быть выполнен на базе светодиода HLMP-EG08-WZ000, излучающем свет в угле 6° с максимумом на длине волны 626 нм.

Вторая формирующая система 24 служит для коллимации излучения светового излучателя 23 с заданными угловыми характеристиками. Вторая формирующая система 24 может быть выполнена в виде оптически связанных и последовательно расположенных первого объектива, диафрагмы и второго объектива. Первый объектив имеет фокусное расстояние 5,2 мм и входной зрачок 5 мм и проецирует тело свечения излучателя 23 в плоскость диафрагмы. Диафрагма выполнена фотолитографическим способом на стеклянной подложке и имеет диаметр 26 мкм. Второй объектив имеет фокусное расстояние 18,34 мм и выходной зрачок 5 мм и коллимирует излучение, прошедшее через диафрагму. Таким образом, вторая формирующая система 24 формирует излучение светового излучателя в луч индикации, имеющий угловую расходимость не более 5'.

Второй спектроделительный блок 25 служит для разделения излучения канала световой индикации и излучения ЧИЛИ 11 и возврата излучения светового излучателя в обратном направлении в объектив визирного канала 3. Второй спектроделительный блок 25 может быть выполнен в виде комбинации плоскопараллельной пластины со спектроделительным отражающим покрытием и призмы крыши. Данные элементы связаны между собой жесткой конструкцией, которая предусматривает возможность ввода и вывода их из оптической связи с третьим формирующим блоком 16, головным зеркалом 1 и объективом 3 визирного канала. Причем при установке второго спектроделительного блока 25 между головным зеркалом 1 и объективом 3 плоскопараллельная пластина располагается над третьим формирующим блоком 16 и наклонена на угол 45° к его оптической оси, а призма крыша располагается над объективом 3. При этом отражающая плоскость плоскопараллельной пластины и грани призмы крыши сориентированы в пространстве таким образом, что они образуют грани триппель призмы (уголкового отражателя).

Спектроделительное покрытие на плоскопараллельной пластине пропускает излучение ЧИЛИ 11 на головное зеркало 1 и является отражающим только для излучения светового излучателя 23. По этой причине второй спектроделительный блок 25 представляет собой световозвращатель для излучения канала световой индикации и заводит излучение индикации в визирный канал под тем же углом к оптической оси, под каким оно выходило из зондирующего канала. Таким образом, излучение канала световой индикации при наблюдении в окуляр 6 воспринимается выходящим из той точки пространства целей, в которую попадает излучение ЧИЛИ 11. Это позволяет обеспечить индикацию оптических средств целей при их обнаружении путем включения светового излучателя 23 в момент регистрации зондирующего излучения фотоприемным устройством 33. Плоскопараллельная пластина изготавливается с высокой точностью, поэтому ввод и вывод плоскопараллельной пластины из оптической связи с третьим формирующим блоком 16 практически не нарушает параллельности оптических осей зондирующего и приемного каналов.

Система индикации 26 предназначена для вывода цифровой и буквенной информации в окуляр прибора и может быть выполнена в виде индикатора на основе матрицы излучающих диодов и проекционного объектива, проецирующего индикатор в плоскость предметов окуляра 6.

Блок излучателей 29 предназначен для совместной установки частотно-импульсного лазерного излучателя 11 и светового излучателя 23, пространственного совмещения их излучения и организации общего направления распространения.

Прибор работает следующим образом.

При включении прибора в режиме обнаружения оптических средств включается блок сканирования 14 с устройством контроля 15 положения сканирующего элемента, блок ФПУ 18, АЦП 19, пороговое устройство 20, МП 21 и параллельный интерфейс 22, а второй спектроделительный блок 25 устанавливается между головным зеркалом 1 и входным зрачком объектива 3 для оптической связи через третий формирующий блок 16 ЧИЛИ 11 с головным зеркалом 1, а светового излучателя 23 с входным зрачком объектива 3.

При включении однокоординатного сканирующего устройства оптические оси зондирующего и приемного каналов, а также канала световой индикации будут отклоняться только в вертикальном направлении на одинаковый угол, оставаясь параллельными друг другу. При включении 2-х координатного сканирующего устройства оптические оси зондирующего и приемного каналов, а также канала световой индикации будут отклоняться в вертикальном и горизонтальном направлении на одинаковые углы, оставаясь параллельными друг другу.

Микропроцессор 21 через параллельный интерфейс 22 начинает посылать импульсы с частотой 5 кГц на управляющий вход ЧИЛИ 11. Одновременно с посылом каждого импульса МП 21 обнуляет и включает собственный временной счетчик. Под воздействием поступившего на управляющий вход электрического импульса ЧИЛИ 11 генерирует световой импульс, который коллимируется объективом 12, затем отражается первым спектроделительным блоком 13 на сканирующий элемент 28 блока сканирования 14 и далее во вторую формирующую систему 16, после которой излучение принимает угловые размеры, необходимые для зондирования. Зеркало 28 блока сканирования 14 отражает каждый импульс излучения ЧИЛИ 11 с некоторым сдвигом по углу и таким образом осуществляет сканирование в пространстве. Выйдя из второй формирующей системы 16, зондирующее излучение проходит через плоскопараллельную пластину второго спектроделительного блока 25, поступает на головное зеркало 1 и выходит из прибора. Отраженное от предметов зондирующее излучение возвращается назад, через головное зеркало 1 попадает в объектив 3 визирного канала и через спектроделитель 4 проходит на четвертую формирующую систему 17, а через нее на сканирующий элемент 28 блока сканирования 14, который отражает пучок зондирующего излучения в блок ФПУ 18.

Пятая формирующая система 30 фокусирует область пространства предметов, наблюдаемую в объектив 3, в плоскость полевой диафрагмы 31. Из сфокусированной области пространства предметов полевая диафрагма 31 выделяет ту часть пространства, в которую было направлено излучение ЧИЛИ 11. Излучение ЧИЛИ 11, прошедшее через полевую диафрагму 31, собирается шестой формирующей системой 32 на светочувствительной площадке фотоприемного устройства 33.

Таким образом, на выходе блока ФПУ 18 формируется электрический сигнал, пропорциональный интенсивности излучения, попавшего на фоточувствительную площадку фотоприемного устройства 33, который поступает на АЦП 19, где величина сигнала оцифровывается и передается на вход порогового устройства 20. Пороговое устройство 20 через равные короткие промежутки времени порядка 30 нс производит сравнение величины оцифрованного электрического сигнала с пороговой величиной, записанной в ОЗУ порогового устройства.

Значение пороговой величины выбирается в несколько раз больше, чем величина электрического сигнала, поступающего с АЦП 19 после попадания на фотоприемное устройство 33 зондирующего излучения, отраженного от диффузно рассеивающих объектов, но меньше величины электрического сигнала, поступающего с АЦП 23 после попадания на фотоприемное устройство 33 зондирующего излучения, отраженного от световозвращающих объектов.

Таким образом, если на пути распространения зондирующего излучения ЧИЛИ 11 попадается световозвращающий объект, то величина электрического сигнала превысит пороговое значение, пороговое устройство подает сигнал на первый вход МП 21, при получении которого МП 21 останавливает временной счетчик и рассчитывает дальность до световозвращающего объекта по времени распространения зондирующего излучения.

Величина измеренной дальности до обнаруженного оптического средства с пятого выхода параллельного интерфейса поступает на вход системы индикации 26, высвечивается на индикаторе и проекционным объективом проецируется в поле зрения окуляра 6.

Одновременно МП 21 подает электрический сигнал на параллельный интерфейс 22 для формирования управляющего электрического сигнала световому излучателю 23. Параллельный интерфейс 22 формирует и выдает со второго выхода управляющий электрический сигнал, по длительности близкий к временному интервалу между двумя импульсами ЧИЛИ 11, на световой излучатель 23. Световой излучатель 23 излучает световой импульс, длительность которого равна длительности электрического сигнала, поданного на него. Этот световой импульс коллимируется второй формирующей системой 24, проходит через первый спектроделительный блок 13, попадает на сканирующий элемент 28 блока сканирования 14, отражается от него и попадает в третью формирующую систему 16 и далее через второй спектроделительный блок 25 в объектив 3 прицела. Поскольку второй спектроделительный блок 25 для светового импульса индикации является световозвращателем, то излучение светового импульса возвращается в обратном направлении и попадает в основной объектив 3 под тем же углом, под каким оно выходило из третьего формирующего блока 16 в направлении цели. Далее через основной объектив 3 визирного канала световой импульс проходит на спектроделитель 4, отразившись от которого он попадает через оптический модуль 5 в окуляр 6 прибора наблюдения. Поэтому при обнаружении оптического средства цели в окуляр 6 видно световую вспышку на том месте, где находится оптическое средство цели, даже если сама цель не наблюдаема. Если сканирование цели продолжается, то световые вспышки повторяются и таким образом производится индикация цели световым пятном в случае ее наблюдения или указывается местонахождение скрытой цели.

Одновременно МП 21 считывает информацию в канале параллельного интерфейса 22, связанном с устройством контроля 15 положения сканирующего элемента. Считанная информация представляет собой величину угла положения зеркала по вертикали, на основании которой МП 21 рассчитывает величину угла рассогласования по вертикали между направлением на цель и прицельной маркой, а также рассчитываются углы, на которые следует повернуть головное зеркало, чтобы ось визирного канала была направлена на цель. Эти данные поступают на первый вход параллельного интерфейса 22. На их основании формируется управляющий сигнал, который через четвертый выход параллельного интерфейса 22 подается на вход системы стабилизации и наведения линии визирования головного зеркала 2. Система стабилизации и наведения линии визирования головного зеркала 2 отрабатывает управляющий сигнал, уменьшая угловое рассогласование между направлением на цель и линией визирования до тех пор, пока управляющий сигнал не станет равным нулю. При этом прицельная марка будет установлена на цель и, таким образом, выполнено автоматическое наведение на цель.

Таким образом, при включении прибора зондирующий канал посылает импульс излучения ЧИЛИ 11 в пространство целей, приемный канал принимает отраженное от предметов излучение и, в случае обнаружения оптического средства, канал световой индикации высвечивает излучение светового излучателя 23 в окуляр 6 и указывает местоположение этого средства. Одновременно система автоматического наведения на цель поворачивает головное зеркало на рассчитанный угол так, что прицельная марка визирного канала устанавливается на обнаруженной цели.

Вывод второго спектроделительного блока 25 из оптической связи с третьей формирующей системой 16, головным зеркалом 1 и объективом 3 полностью открывает эти оптические элементы и, таким образом, не ухудшает характеристики визирного канала 5 при работе прибора в обычном режиме наблюдения и прицеливания, а также при работе прибора в режиме обнаружения оптических средств целей. При этом при выведенном втором спектроделительном блоке 25 и работе прибора в режиме обнаружения оптических средств целей отсутствует световая индикация цели, а целеуказание и прицеливание осуществляет система автоматического наведения.

Следует отметить, что работа системы стабилизации 2 по удержанию головного зеркала 1 в направлении прицеливания вносит незначительные ошибки в углы посыла и приема зондирующего излучения в силу того, что время между посылом зондирующего импульса излучения ЧИЛИ 11 и его приемом чрезвычайно мало и составляет порядка 10 мксек.

Совмещение прицельной марки с целью обеспечивает прицеливание для стрельбы прямой наводкой.

Если при обнаружении оптического средства цели передать через параллельный интерфейс величину измеренной дальности баллистическому вычислителю системы управления огнем вооружения, то вооружение автоматически наводится на цель с учетом поправки на дальность.

Таким образом, заявляемый прибор обеспечивает обнаружение замаскированных и малоразмерных целей, имеющих в своем составе оптические средства, и осуществляет автоматическое прицеливание, что расширяет его функциональные возможности, увеличивает точность и скорость прицеливания и, следовательно, обеспечивает повышение боевой эффективности.

Источники информации

1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации изделия 1 К 13-2 «Прицел-прибор наведения», разработка ЦКБ «Пеленг», 1987 г. - прототип.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим системам наблюдения, измерения дальности до удаленных объектов и прицеливания различного вооружения. Прибор содержит головное зеркало с системой стабилизации и наведения линии визирования, оптически связанное с визирным каналом, который включает в себя оптический модуль, который содержит дневной и ночной каналы. Также прибор содержит блок излучателей, блок сканирования, блок фотоприемного устройства, при этом выход фотоприемного устройства соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с блоком управляющей электроники. Технический результат заявленного изобретения заключается в расширении функциональных возможностей прибора и номенклатуры обнаруживаемых им целей, повышении его боевой эффективности за счет повышения точности и достоверности прицеливания. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Прибор для дневного и ночного наблюдения и прицеливания, содержащий головное зеркало с системой стабилизации и наведения линии визирования, оптически связанное с визирным каналом, состоящим из оптически связанных объектива, светоделителя, оптического модуля и окуляра, причем оптический модуль содержит дневной и ночной каналы, каждый из которых имеет прицельную марку в виде сетки и установлен с возможностью ввода в оптический тракт визирного канала, отличающийся тем, что дополнительно содержит блок излучателей, включающий первый канал излучения, состоящий из оптически связанных частотно-импульсного лазерного излучателя и первой формирующей системы, и второй канал излучения, состоящий из оптически связанных светового излучателя и второй формирующей системы, причем каждый из каналов оптически связан посредством первого спектроделительного блока с последовательно расположенными и оптически связанными блоком сканирования с устройством контроля положения сканирующего элемента и третьей формирующей системой, второй спектроделительный блок, расположенный между головным зеркалом и объективом, оптически связывающий через третью формирующую систему частотно-импульсный лазерный излучатель с головным зеркалом, а световой излучатель с входной апертурой объектива визирного канала и установленный с возможностью вывода из этой связи, причем для излучения светового излучателя второй спектроделительный блок является световозвращателем, четвертую формирующую систему, оптически связанную со светоделителем, расположенную между светоделителем и блоком сканирования и оптически связанную с помощью блока сканирования с блоком фотоприемного устройства, при этом выход фотоприемного устройства соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом порогового устройства, выход которого соединен с первым входом микропроцессора, второй вход микропроцессора соединен с первым выходом параллельного интерфейса, а первый выход микропроцессора соединен с первым входом параллельного интерфейса, второй вход параллельного интерфейса соединен с устройством контроля положения сканирующего элемента, второй выход параллельного интерфейса соединен со световым излучателем, третий выход параллельного интерфейса соединен с управляющим входом частотно-импульсного лазерного излучателя, четвертый выход параллельного интерфейса соединен с системой стабилизации и наведения линии визирования, а пятый выход параллельного интерфейса соединен с входом системы индикации, оптически связанной с окуляром, при этом светоделитель выполнен в виде спектроделителя, пропускающего излучение частотно-импульсного лазерного излучателя.2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что блок фотоприемного устройства содержит оптически связанные и последовательно расположенные пятую формирующую систему, полевую диафрагму, шестую формирующую систему и фотоприемное устройство.