ОБЗОРНО-ПРИЦЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2010 года по МПК B64D43/00 

Изобретение относится к измерительным комплексам и системам летательных аппаратов (ЛА) - самолетов и вертолетов.

В наиболее близком аналоге, приведенном в книге [1] на стр.352, представлена обзорно-прицельная система (ОПС) летательного аппарата. ОПС включает в себя бортовые средства обнаружения, бортовые средства сопровождения, вычислитель и блок индикации. При подлете к зоне выполнения боевой задачи бортовые средства обнаружения осуществляют поиск цели, например, путем сканирования пространства в предполагаемом месте нахождения цели. После успешного завершения поиска цель индицируется на индикаторе, бортовые средства сопровождения начинают отслеживать ее положение относительно ЛА, меняющееся во времени, а летчик получает возможность, наблюдая за целью на индикаторе, определить ее значимость и принять решение об атаке цели. После этого начинается решение задачи прицеливания. Полное время, затрачиваемое на подготовку к применению оружия, состоит из времени прицеливания и времени предварительного поиска цели бортовыми средствами обнаружения.

Наиболее близкий аналог имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что предварительный поиск цели может оказаться таким, что его длительность будет соизмеримой с величиной времени пребывания ЛА в районе цели. Это соответственно приведет к тому, что на прицеливание и применение оружия останется слишком мало времени и вероятность поражения цели будет недостаточной. Эффективным решением проблемы сокращения времени предварительного поиска цели является внешнее целеуказание с принудительным разворотом линии визирования ОПС на заданные углы.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей ОПС ЛА за счет автоматизации процесса прицеливания и, как следствие этого, повышение боеготовности и эффективности использования объектов, снабженных такой системой.

Достигается указанный результат тем, что обзорно-прицельная система, содержащая блок средств обнаружения и сопровождения (БОС) и блок индикации (БИ), дополнительно снабжена базой данных целей (БДЦ), блоком оперативных целей (БОЦ), блоком внешнего целеуказания (БВЦУ), блоком формирования невязок (БФН), блоком фильтрации (БФ), блоком формирования управляющих параметров (БФУП). При этом первый и второй входы БВЦУ соединены с выходами БДЦ и БОЦ, третий вход БВЦУ соединен с выходом БИС 9, первый и второй входы БФН соединены с выходами БОС и БВЦУ, выход БФН подключен ко входу БФ, выход БФ подключен ко входу БФУП, а выход БФУП подключен ко входу БОС. Второй выход БОС подключен ко входу БИ.

На чертеже представлена блок-схема обзорно-прицельной системы ЛА, содержащей:

1 - блок средств обнаружения и сопровождения БОС;

2 - база данных целей БДЦ;

3 - блок оперативных целей БОЦ;

4 - блок внешнего целеуказания БВЦУ;

5 - блок формирования невязок БФН;

6 - блок фильтрации БФ;

7 - блок формирования управляющих параметров БФУП;

8 - блок индикации БИ.

На чертеже показаны также блоки, не входящие в состав ОПС ЛА:

9 - внешняя бортовая информационная система БИС.

Информационная взаимосвязь блоков ОПС ЛА осуществляется по линиям информационного обмена (на чертеже обозначены тонкой сплошной линией).

Первый выход блока БОС 1 подключен к первому входу блока БФН 5, выход блока БДЦ 2 подключен к первому входу блока БВЦУ 4, выход блока БОЦ 3 подключен ко второму входу блока БВЦУ 4, выход блока БВЦУ 4 подключен ко второму входу блока БФН 5. Выход блока БФН 5 подключен к входу блока БФ 6, выход блока БФ 6 подключен к входу блока БФУП 7, выход блока БФУП 7 подключен ко входу блока БОС 1. Второй выход блока БОС 1, являющийся выходом системы ОПС, подключен ко входу блока БИ 8. Третий вход блока БВЦУ подключен к выходу БИС 9.

Блок БОС 1 представляет собой известные, описанные в литературе, например [1], стр.358-375, средства: оптико-локационная станция (ОЛС), тепловизионная станция с автоматическим сопровождением цели (ТВС), радиолокационная станция (РЛС). Блок БОС 1 осуществляет обнаружение в пространстве цели, ее захват и автоматическое сопровождение. Выходными параметрами блока являются параметры относительных координат цели относительно ЛА (например, в виде углов φ_y и φ_z поворота линии визирования относительно нормальной и боковой осей ЛА соответственно), которые подаются на вход БФН 1, на вход блока БИ 8 и на выход ОПС - для других бортовых систем.

Блок БДЦ 2 выполнен в виде, например, оперативного или постоянного запоминающего устройства ([2], стр.30). Блок СС 8 обеспечивает ввод параметров (координат) оперативных целей и выполнен, например, в виде многоканального комплекса средств связи (см. [4], стр.241) для ведения устойчивой двусторонней связи членов экипажа с командно-диспетчерским пунктом и между ЛА в воздухе, а также для обмена тактической информацией между ЛА. Блок БИ 8 выполнен в виде, например, жидкокристаллического экрана или электронно-лучевой трубки [5]. Блоки БВЦУ 4, БФН 5, БФ 6, БФУП 7 выполнены, например, в виде однопроцессорных вычислителей ([2], стр.31).

Блок БИС 9 представляет собой известную информационную систему, например инерциальную навигационную систему, описанную в литературе, например [3]. Блок БИС 9 осуществляет определение параметров движения ЛА: координат, скорости, углов ориентации.

Информационные линии связи представляют собой известные (описанные, например, в книге [2], стр.21-24, 394-406) линии связи и информационного обмена, например, по последовательному коду, по параллельному коду, мультиплексные и др.

ОПС ЛА работает следующим образом.

При включении блок БОС 1 выдает значения углов φ_y и φ_z поворота линии визирования относительно нормальной и боковой осей ЛА, которые с выхода блока БОС 1 поступают в блок БФН 5.

Задачей поиска и захвата цели является ориентирование линии визирования в направлении цели, при этом указанные углы будут представлять собой углы визирования цели. Для наведения линии визирования на программную цель из БДЦ 2 считываются ее координаты, например долгота λ_ц, широта φ_ц и высота H_ц. Эти параметры поступают в блок БВЦУ 4, в котором осуществляется расчет заданного положения линии визирования, определяемого заданными углами визирования φ_y* и φ_z*, с помощью формул вида

где

ΔX=X_ц-X; ΔY=Y_ц-Y; ΔZ=Z_ц,-Z;

B - матрица направляющих косинусов, соответствующая переходу от географического трехгранника OENH к гринвичскому трехграннику OXYZ (см. [7], стр.329);

D - матрица направляющих косинусов, соответствующая переходу от связанного с ЛА трехгранника Oxyz к географическому трехграннику OENH [7] (см. [7], стр. 329);

T - символ транспонирования матриц.

Декартовы координаты цели и ЛА - величины X_ц, Y_ц, Z_ц и X, Y, Z соответственно, связаны с географическими координатами цели и ЛА - величинами λ_ц, φ_ц, H_ц и λ_ц, φ, H известными [3, 6] выражениями.

Необходимые для реализации расчетов по этим формулам параметры движения ЛА: долгота λ, широта φ, высота H, курс ψ, тангаж ϑ, крен γ - поступают в блок БВЦУ 4 из БИС 9. Для наведения линии визирования на оперативную цель ее координаты, например долгота λ_ц, широта φ_ц и высота H_ц, поступают в блок БВЦУ 4 из блока БОЦ 3.

Полученные расчетные величины φ_y* и φ_z* с выхода БВЦУ 4 поступают на второй вход БФН 2, в котором осуществляется построение измерений ν₁ и ν₂ по формулам вида

ν₁=φ_y-φ_y*;

ν₂=φ_z-φ_z*.

Невязки ν₁ и ν₂ с выхода БФН 5 поступают на вход БФ 6, в котором осуществляется обработка этих невязок методами субоптимальной фильтрации, например с помощью модификации фильтра Калмана [3]. Базовые уравнения алгоритма калмановской фильтрации запишутся в виде

или

или

или

или

Здесь

- прогнозируемое значение вектора Х в k-тый момент времени;

- оценка значения вектора в k-тый момент времени;

- прогнозируемое значение ковариации вектора состояния в k-тый момент времени;

- оценка ковариации вектора состояния в k-тый момент времени;

Q, R - ковариации входных и измерительных шумов соответственно;

F, Г - матрицы линеаризованной модели системы;

Ф - функция нелинейной модели системы;

H - матрица линейных измерений;

h - нелинейная функция измерений.

С выхода БФ 6 оценка вектора состояния поступает в блок БФУП 7, в котором осуществляется формирование управляющих параметров U_y и U_z для следящих систем блока БОС 1. Управляющие параметры имеют вид, например, сигналов, пропорциональных требуемым значениям угловых скоростей линии визирования вокруг нормальной и боковой осей ЛА и величине углового рассогласования

U_y=k_y1·ω_y+k_y2·Δφ_y

U_z=k_z1·ω_z+k_z2·Δφ_z.

Эти сигналы поступают на вход блока БОС 1, например на усилители датчиков моментов гироскопического стабилизатора визирного устройства, которые обеспечивают вращение линии визирования так, что она оказывается направленной на цель. При этом осуществляется захват цели и индикация ее положения на экране блока БИ 8. Это позволяет летчику осуществить оперативный анализ типа и состояния цели, уточнить ее положение и ракурс и принять решение о применении оружия по цели.

Введение в состав ОПС ЛА блоков БДЦ 2, БОЦ 3, БВЦУ 4, БФН 5, БФ 6, БФУП 7 обеспечивает простое и эффективное автоматическое наведение визирной линии на цель, при этом устраняются отмеченные недостатки аналога, так как радикально сокращается время поиска и доразведки цели - как программной, так и оперативной. Происходит разгрузка экипажа (особенно одноместных ЛА) на ответственнейшем этапе полетного задания, что позволяет экипажу, не снижая качества прицеливания, сосредоточиться на решении других задач, в частности обороны от атакующего противника. Это существенно повышает безопасность экипажа, боеготовность летательного аппарата и эффективность выполнения полетных заданий.

На примерах технической реализации показано достижение технического результата в части расширения функциональных возможностей обзорно-прицельной системы ЛА, вследствие чего повышается безопасность экипажа, боеготовность и эффективность применения объектов, оснащаемых ОПС ЛА.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гришутин В.Г. Лекции по авиационным прицельным системам стрельбы. - Киев: КВВАИУ, 1980.

2. Преснухин Л.Н., Нестеров П.В. Цифровые вычислительные машины. - М.: Высшая школа, 1981.

3. Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. - М.: Машиностроение, 1991.

5. Фомин А.В. Су-27. История истребителя. - М.: РА «Интервестник», 2000.

6. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Автономные системы. - М.: Наука, 1966.

7. Гироскопические системы. Часть II. Гироскопические приборы и системы. / Под ред. Д.С.Пельпора. - 2-е изд. - М.: Высшая школа, 1988.

Изобретение относится к области автоматизации процесса обнаружения программных и оперативных целей. Обзорно-прицельная система состоит из блока средств обнаружения и сопровождения, базы данных целей, блока оперативных целей, блока внешнего целеуказания, блока формирования невязок, блока фильтрации, блока формирования управляющих параметров, блока индикации. В блок внешнего целеуказания из базы данных целей или блока оперативных целей вводятся параметры программной или оперативной цели соответственно, определяются параметры относительного положения цели и ЛА, которые в блоке формирования невязок сравниваются с текущим положением линии визирования. Получаемая при этом невязка обрабатывается в блоке фильтрации, на выходе которого формируется оценка вектора состояния системы, по которой в блоке формирования управляющих параметров рассчитываются параметры управления бортовыми средствами визирования цели, которые поступают в блок средств обнаружения и сопровождения, где управляют движением визирного устройства таким образом, что линия оказывается направленной на цель. Достигается повышение вероятности поражения цели и эффективность боевого применения ЛА, оснащенных обзорно-прицельной системой. 1 ил.

Обзорно-прицельная система летательного аппарата, содержащая блок средств обнаружения и сопровождения и блок индикации, причем выход первого подключен к входу второго, отличающаяся тем, что обзорно-прицельная система летательного аппарата дополнительно снабжена базой данных целей, блоком оперативных целей, блоком внешнего целеуказания, блоком формирования невязок, блоком фильтрации, блоком формирования управляющих параметров, причем первый и второй входы блока внешнего целеуказания соединены с выходом базы данных целей и с выходом блока оперативных целей, третий вход блока внешнего целеуказания соединен с выходом бортовой информационной системы, первый и второй входы блока формирования невязок соединены с выходами блока средств обнаружения и сопровождения и блока внешнего целеуказания, выход блока формирования невязок подключен ко входу блока фильтрации, выход блока фильтрации подключен ко входу блока формирования управляющих параметров, выход блока формирования управляющих параметров подключен ко входу блока обнаружения и сопровождения.