СПОСОБ ПРИЦЕЛИВАНИЯ С МАНЕВРИРУЮЩЕГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2012 года по МПК F41G3/22 F41G9/02 

Изобретение относится к прицельной технике и позволяет выполнять применение отделяемых от летательного аппарата средств по подвижным наземным, надводным и воздушным объектам-целям с произвольного пространственного маневра.

Известен способ прицеливания при сбросе грузов в точку земной поверхности с маневрирующего летательного аппарата (ЛА), согласно которому в поле зрения летчика отображается линия прогнозируемых требуемых пеленгов (угловых положений) (ЛПТП) объекта-цели, строящаяся в виде функции времени прогноза τ, изменяющегося от τ₀=t до τ_k в предположении того, что ЛА на этом интервале времени будет лететь с неизменным управлением U(τ)=const, равным управлению в данный текущий момент t, т.е. U(τ)=U(t), τ∈[t,τ_k]. Задача летчика при прицеливании способом «ЛПТП» состоит в совмещении путем управления ЛА объекта-цели с ЛПТП (с любой ее точкой) и фиксации наблюдаемого объекта-цели на этой линии. Если фиксация объекта-цели на ЛПТП осуществлена, то это означает, что при практически постоянном управлении U(t) ЛА выйдет в точку "точного" сброса груза, т.е. в точку, где фактический пеленг объекта-цели φ_ö(t) равен требуемому пеленгу φ_Тр(t) и сброшенный груз попадет в выбранный объект-цель. Точка φ_Тр(t) представляет собой традиционную прицельную марку. Линия прогнозируемых требуемых пеленгов цели φ_Тр(τ) может вычисляться, либо по результатам интегрирования дифференциального уравнения динамики конечного состояния двухступенчатой динамической системы "ЛА - Груз" (применение такого способа целесообразно в случае использования автоматического или полуавтоматического управления ЛА при прицеливании с отображением ЛПТП при применении методов оптимального управления, требующих математического описания расчетного промаха - конечного состояния двухступенчатой динамической системы «ЛА - Груз» в виде дифференциального уравнения), либо вычисление прогнозируемых требуемых положений цели может осуществляться на основании решения задачи внешней баллистики АСП с учетом ветра, математически примененного с прогнозируемого, в общем случае, пространственного маневра ЛА, по прогнозируемой (на время τ), в общем случае, подвижной цели. Ветер, как известно, может быть учтен также и другим путем, а именно путем использования так называемой приведенной скорости цели.

Линия прогнозируемых требуемых пеленгов цели представляет собой геометрическое место точек прогнозируемых положений прицельной марки на прогнозируемом движении ЛА с учетов прогнозируемого положения цели, ветра и решения задачи баллистики сбрасываемого груза, определяемых на основе измеренных текущих значений фазовых координат ЛА - объекта-цели и ветра. В случае неподвижного объекта-цели и при безветрии ЛПТП совпадает с отображением, в общем случае кривой «линии разрывов» (см. А.Г.Моисеев. Статистическая теория оптимального прицеливания: учебник для слушателей и курсантов ВУЗов ВВС. - М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 2008; Моисеев А.Г., Айвазян С.А. «Интерактивные системы управления применением вертолета» статья в Сборнике трудов 3-го форума Российского Вертолетного Общества. - М., 24-25 марта 1998 г., с.VП1-37-VIII-42).

Данный способ из-за ограничения поля зрения коллиматорного авиационного индикатора (КАИ), на котором отображается ЛПТП, не позволяет выполнять прицельную достатку грузов с произвольных криволинейных траекторий, так как метод "ЛПТП" требует визуального (через КАИ) контакта с целью или отметкой цели и линией "разрывов" - ЛПТП в течение всего процесса выведения летательного аппарата на цель.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в расширении возможностей для маневрирования при доставке грузов с криволинейных траекторий, не ограниченных полем зрения КАИ, как в автоматическом, так и в ручном режимах управления ЛА при прицеливании с отображением ЛПТП при применении принудительно отделяемых средств как по подвижным наземным, надводным и воздушным объектам-целям либо автоматически сопровождаемых с помощью локационных систем ЛА, либо с известными заранее фазовыми координатами, либо с определяемыми путем счисления на основе их значений, полученных при привязке к объектам-целям (при целеуказании).

Указанный результат достигается путем введения дополнительного по отношению к вышеописанному способу отображения на индикаторе псевдоприцельной марки (ППМ), исходящей из нее псевдоЛПТП (ПЛПТП) и псевдоцели (ПЦ), формируемых переносом значений их угловых координат из невидимой зоны в видимую зону КАИ путем их масштабирования. В случае, когда цель и (или) прицельная марка, а также ЛПТП находятся в видимой зоне КАИ, используется режим интерактивного прицеливания, описанный выше, используемый в видимой зоне КАИ. В случае выхода цели и (или) прицельной марки за пределы поля зрения КАИ применяется режим интерактивного прицеливания в невидимой зоне КАИ с отображением псевдоцели, псевдоприцельной марки и псевдоЛПТП. Дополнительное введение в случае прицеливания в невидимой зоне КАИ, а также использование в случае прицеливания в видимой зоне КАИ линий ПГ1, ПГ2, Г1, Г2, исходящих из ППМ и ПМ соответственно, указывающих границы области прицеливания с предельно допустимыми перегрузками ЛА с первого захода, а также отображением в виде пунктирных участков ЛПТП или псевдоЛПТП областей прогнозируемого полета ЛА, в которых возможно нарушение условий безопасности полета, связанное с полетом в этих областях на высоте ниже допустимой, или с попаданием ЛА в область разлета элементов отделяемых от ЛА средств, или с полетом в условиях сложного рельефа местности и пр. Летчик, наблюдая эту информацию, заблаговременно может путем управления ЛА принять меры по устранению возможного попадания ЛА в условия нарушения безопасности полета. Тем самым обеспечивается расширение возможностей прицеливания с произвольных маневров ЛА (не ограниченных полем зрения КАИ), однотипность действий летчика при прицеливании как в видимой, так и в невидимой зоне КАИ, информированность летчика о возможности прицеливания с первого захода, чем обеспечивается повышение уровня безопасности полета ЛА при прицеливании.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показана блок-схема алгоритма вычисления угловых координат; на фиг.2 изображена индикация прицельной информации в видимой зоне КАИ; на фиг.3 - индикация прицельной информации, построенная путем ее переноса из невидимой в видимую зону КАИ.

При осуществлении способа прицеливания вычисляют угловые координаты псевдоприцельной марки (ППМ), угловых координат точек исходящей из ППМ псевдоЛПТП (ПЛПТП), угловых координат псевдоцели (ПЦ), а также угловых координат псевдолиний границ ÏÃ1, ÏÃ2. Границы видимой зоны КАИ задаются в полярной системе координат Оr_Ãð,ν функцией r_Ãð=r_Ãð(ν).

По фактическим значениям φ_ТрÂо=φ_ТрÂ(τ₀), φ_ТрÃо=φ_ТрÃ(τ₀) и φ_ÖÂ, φ_Öà соответственно угловых координат прицельной марки (ПМ) и объекта-цели (Ц) вычисляют их полярные координаты соответственно и где числа n_Ï и n_Ö выбираются в соответствии с той четвертью плоскости, в которой находится рассматриваемая точка «ПМ» или «Ц». Вычисляют расстояния Δ_Ö=r_Ö-r_Ãð(ν_Ö) и Δ_Ï=r_Ï-r_Ãð(ν_Ï) до границы КАИ соответственно точки «ПМ» и «Ц». Определяют, выходит ли точка «Ц» за пределы границы КАИ, т.е. выполняется ли неравенство r_Ï≻r_Ãð(ν_Ï) или нет. При выполнении этого неравенства проверяют больше ли расстояние выхода за границу КАИ точки «Ц» по сравнению с расстоянием выхода за границу КАИ точки «ПМ», т.е. выполняется ли неравенство Δ_Ö≻Δ_Ï или нет. В случае выполнения этого неравенства вычисляют масштабный коэффициент К=r_ÃĐ(ν_Ö)/r_Ö по расстоянию r_Ö точки «Ц», дальше выходящей за границу, нежели точка «ПМ». При невыполнении неравенства Δ_Ö≻Δ_Ï вычисляется масштабный коэффициент К=r_ÃĐ(ν_Ï)/r_Ï по расстоянию r_Ï точки «ПМ». С использованием значения масштабного коэффициента К вычисляются масштабированные значения угловых координат псевдоцели - ПЦ, псевдоприцельной марки - ППМ, точек псевдоЛПТП - ПЛПТП, точек псевдо 1-й и 2-й границ области прицеливания с первого захода, соответственно по формулам , , Угловые координаты псевдоприцельной марки - ППМ являются координатами псевдоЛПТП - ППЛТП при значении i=0, соответствующем временной точке τ₀=t. Значения угловых координат поступают в «блок формирования прицельной информации на КАИ». При невыполнении неравенства Δ_Ö≻Δ_Ï проверяется неравенство r_Ö≻r_Ãð(ν_Ö). При выполнении последнего неравенства вычисление масштабного коэффициента К осуществляется по формуле К=r_ÃĐ(ν_Ö)/r_Ö. Невыполнение неравенства r_Ö≻r_Ãð(ν_Ö) свидетельствует о том, что точки «Ц», «ПМ» находятся в видимой зоне КАИ и значения угловых координат точек «Ц», «ПМ» и «ЛПТП» поступают в «блок формирования прицельной информации на КАИ» в неизменном (в немасштабированном) виде.

Угловые координаты φ_ÖÂ, φ_ÖÃ, φ_ТрÂо, φ_ТрÃо, φ_ТрÂi, φ_ТрÃi, φ_Ã1Âi, φ_Ã1Ãi, φ_Ã2Âi, φ_Ã2Ãi, , используемые в алгоритме переноса метки цели, прицельной марки, точек ЛПТП цели и точек линий границ области прицеливания с первого захода Г1, Г2 из невидимой зоны в видимую зону КАИ (см. блок-схему, изображенную на фиг.1), определяются в «Блоке вычисления угловых координат прицельной марки (ПМ) - φ_ТрÂо, φ_ТрÃо, отметки цели (Ц) - φ_ÖÂ, φ_ÖÃ, точек линий прогнозируемых требуемых положений (ЛПТП) цели - φ_ТрÂi, и границ области прицеливания с первого захода Г1, Г2 - φ_Ã1Âi, φ_Ã1Ãi, φ_Ã2Âi, В этом блоке вычисляют на основании измеряемых в текущий момент времени t (и пересчитанных некоторых из измеренных величин путем преобразования координат) значений векторов фазовых координат: ЛА - объекта-цели - и ветра - фазовые координаты прогнозируемых на интервале времени τ∈τ₀,τ_k,τ₀=t движения: ЛА - и объекта-цели - где v_xg, v_yg, v_zg; w_xg, w_yg, w_zg; J_xg, J_yg, J_zg - проекции векторов соответственно воздушной, земной (путевой) скоростей, ускорения ЛА на оси нормальной системы координат; ϑ, ϕ, γ - углы тангажа, рыскания и крена ЛА; D_Öxg, D_Öyg, D_Özg; w_Öxg, w_Öyg, w_Özg; J_Öxg, J_Öyg, J_Özg; w_Âxg, w_Âzg - проекции соответственно векторов дальности, земной скорости, ускорения объекта-цели и земной скорости ветра на оси нормальной системы координат. Элементы векторов фазовых координат прогнозированного движения ЛА и цели помечены нижним индексом «р».

Фазовые координаты и прогнозируемого движения соответственно ЛА и объекта-цели определяют, в частности, путем интегрирования в ускоренном масштабе времени дифференциальных уравнений движения ЛА и экстраполяции движения объекта-цели соответственно. В каждой i-й временной точке τ_i, (, τ₀=t) прогнозируемого движения ЛА решается задача баллистики отделяемого средства и решается задача экстраполяции (на время движения отделяемого средства) движения объекта-цели. Определяются точка попадания отделяемого средства в «плоскость рассеивания» относительно объекта-цели и вектор промаха

представленный через проекции в нормальной прямоугольной системе координат, где x_gÖ(τ_i), у_gÖ(τ_i), z_gÖ(τ_i) - прогнозируемые на время τ_i и время полета отделяемого средства координаты объекта-цели в нормальной системе координат; x_gОС(τ_i), y_gОС(τ_i), z_gОС(τ_i) - координаты точки попадания отделяемого в момент времени τ_i от прогнозируемого ЛА средства в «плоскость рассеивания» в нормальной системе координат. Нижний индекс «g» означает принадлежность данных проекций нормальной системе координат. Ось Оy_g совпадает с местной вертикалью, ось Оx_g является горизонтальной и направлена в некотором заданном направлении, например на север, ось Оz_g образует правую тройку, точка О начала координат совпадает с центром массы ЛА в данный текущий момент времени t. При применении отделяемого средства по наземным и надводным объекта-целям «плоскостью рассеивания» является горизонтальная плоскость, проходящая через объект-цель; при применении отделяемого средства по воздушным объектам-целям в качестве «плоскости рассеивания» на практике принимается плоскость, проходящая через цель и перпендикулярная вектору дальности цели относительно ЛА.

Вычисляют вектор , τ_i, (, τ₀=t) прогнозируемой требуемой дальности объекта-цели от положения ЛА в текущий момент времени t. Вектор определяет линейные координаты линии прогнозируемых требуемых положений цели - ЛПТП. Исходная точка ЛПТП, соответствующая временной точке τ₀=t, является требуемой для попадания отделяемого средства в объект-цель точкой положения объекта-цели в данный текущий момент времени t. Эта точка отображается на КАИ в виде прицельной марки - ПМ. Вычисляют угловые координаты ЛПТП определяющие ориентацию вектора относительно индикаторной системы координат КАИ, - вектор прогнозируемой требуемой дальности цели, представленный через проекции на оси связанной системы координат, обозначаемой нижним индексом «1»; А_1,g - матрица перехода от нормальной к связанной системе координат,

Способ может быть использован для прицельной доставки грузов с произвольных криволинейных траекторий. В способе отображают линию прогнозируемых требуемых пеленгов (ЛПТП) цели, строящуюся в виде функции времени прогноза τ, изменяющегося от τ₀=t до τ_k в предположении того, что летательный аппарат на этом интервале времени будет лететь с неизменным управлением U(τ)=const, равным управлению в данный текущий момент t, т.е. U(τ)=U(t), τ∈[t,τ_k]. Совмещают путем управления летательным аппаратом отображаемую цель с ЛПТП с последующей фиксацией цели на ЛПТП. В случае выхода цели и/или прицельной марки за пределы поля их отображения используют режим интерактивного прицеливания с отображением в зоне отображения псевдоцели и псевдоприцельной марки с исходящей из нее псевдоЛПТП. Технический результат - расширение возможностей для маневрирования при доставке грузов с криволинейных траекторий, не ограниченных полем зрения коллиматорного авиационного индикатора. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ прицеливания с маневрирующего летательного аппарата, по которому в поле зрения летчика отображают линию прогнозируемых требуемых пеленгов (ЛПТП) цели, строящуюся в виде функции времени прогноза τ, изменяющегося от τ₀=t до τ_k в предположении того, что летательный аппарат на этом интервале времени будет лететь с неизменным управлением U(τ)=const, равным управлению в данный текущий момент t, т.е. U(τ)=U(t), τ∈[t,τ_k], совмещают путем управления летательным аппаратом отображаемую цель с ЛПТП с последующей фиксацией цели на ЛПТП, отличающийся тем, что в случае выхода цели и/или прицельной марки за пределы поля их отображения используют режим интерактивного прицеливания с отображением в зоне отображения псевдоцели и псевдоприцельной марки с исходящей из нее псевдо ЛПТП.

2. Способ прицеливания с маневрирующего летательного аппарата по п.1, отличающийся тем, что дополнительно отображают границы области прицеливания с предельно допустимыми перегрузками ЛА с первого захода.

3. Способ прицеливания с маневрирующего летательного аппарата по п.1 или 2, отличающийся тем, что отображают участки ЛПТП или псевдо ЛПТП областей прогнозируемого полета летательного аппарата, в которых возможно нарушение условий безопасности полета.