СПОСОБ СЛЕЖЕНИЯ ЗА ПОДВИЖНЫМ ОБЪЕКТОМ Российский патент 2013 года по МПК G02B23/00 

В настоящем описании и материалах заявки использованы только открытые источники информации.

Изобретение относится к способам повышения эффективности управления, а более конкретно к способам слежения за подвижным объектом.

От эффективности слежения за подвижным объектом и, прежде всего, точности его визирования зависит и эффективность соответствующих процессов управления. Например, при фотосъемках, киносъемках, телеуправлении, дальнометрировании, стрельбе, геодезических работах и др. Для решения ряда задач при передаче сигналов управления на объекты управления с помощью электромагнитных волн оптического диапазона (10¹³-10¹⁵ Гц), необходимо прежде всего решить задачу точного визирования объекта визирования. В настоящее время эта задача решается путем придания устройствам визирования приборов слежения такого положения, которое обеспечило бы точное совмещение линии визирования с объектом визирования (Новый энциклопедический словарь. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия» - Издательство «Рипол Классик». 2000, с.188. Гриф - «несекретно»).

Известен, например, способ визирования и слежения за подвижным объектом, реализованный в комплексе вооружения (см., например, Руководство по материальной части и эксплуатации танка Т-62. - М.: Воениздат, 1968, с.195-210. Гриф - «несекретно»). В этом комплексе при стрельбе в обычных условиях с места по неподвижной цели слежение сводится к визированию и осуществляется путем совмещения точки визирования на цели с визирным индексом (прицельной маркой) в визирном устройстве прибора слежения (прицела), а изменение условий стрельбы учитывается перемещением визирного индекса (прицельной марки) на определенную угловую величину до выстрела. При этом возникает необходимое угловое рассогласование между линией визирования и вооружением (осью канала ствола орудия), что обеспечивает с одной стороны ввод поправки, а с другой - однообразие визирования. Этому способу визирования свойственны недостатки: линия визирования отклоняется от оптической оси визирного устройства, что сопровождается ухудшением видимости, снижением разрешающей способности оптической системы и быстрым нарастанием зрительной усталости наводчиков-операторов. Кроме того, при стрельбе в условиях, отличных от обычных (стрельба с ходу, по движущейся цели, стрельба при сильном боковом ветре и т.д.), приходится постоянно вводить изменяющуюся поправку в положение визирного индекса относительно объекта визирования. В этом случае снижается точность прицеливания, а вместе с этим резко падает и эффективность стрельбы.

Известен также способ слежения и визирования за подвижным объектом (см., например, «Танк Т-80Б». Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Кн. 1. - М.: Воениздат, 1984, с.48-54, с.86. Гриф - «несекретно»), являющийся прототипом заявляемого. Он включает определение и установку исходных размеров поля зрения визирного устройства прибора слежения, совмещение его (поля зрения) с объектом слежения и визирования и удержание в таком положении в течение заданного времени.

В этом способе поправки на отклонение условий стрельбы от нормальных вводятся в положение вооружения по отношению к линии визирования, а не наоборот. Это обеспечивает однообразие при прицеливании, предотвращает ухудшение видимости и снижение разрешающей способности оптической системы, а вместе с этим способствует и улучшению эргономических условий при визировании.

Однако этот способ также имеет недостатки. Удерживать линию визирования на точке визирования необходимо более продолжительное время, чтобы обеспечить ввод в положение вооружения всех поправок (не менее 3 с.). При стрельбе управляемой ракетой на максимальную дальность линию визирования необходимо удерживать на точке визирования не менее 10 с. Это вызывает повышенную напряженность органов зрения обслуживающего персонала, что очень часто приводит к потере объекта визирования и слежения или визирного индекса в условиях действия пыледымовых и, особенно, световых помех. Кроме того, продолжительное визирование в условиях стабилизации поля зрения приводит (из-за его увода) к увеличению ошибки визирования. Поэтому эффективность способа снижается. Еще более она снижается, если визирование осуществляется с подвижного объекта, при маневрировании которого визирная линия, несмотря на ее стабилизацию по высоте и направлению, в плоскости крена отклоняется, поскольку в ней не стабилизирована. Отклонение это тем больше, чем больше угол возвышения линии визирования и угол крена визирного устройства. Если же объект визирования подвижен (бегущий спортсмен, движущаяся цель на поле боя и др.), то ошибки слежения могут увеличиться в разы и в существенной степени зависят от угловой скорости слежения за подвижным объектом.

Целью изобретения является улучшение условий, повышение помехоустойчивости и точности визирования и слежения за подвижным объектом.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе слежения за подвижным объектом, включающем определение и установку исходных размеров поля зрения визирного устройства прибора слежения, совмещение его с объектом слежения и удержание в таком положении в течение заданного времени, формируют стабилизированную линию визирования и юстируют ее в исходном состоянии с оптической осью визирного устройства прибора слежения, определяют направление и величину угловой скорости ухода от оптической оси визирного устройства прибора слежения стабилизированной линии визирования, перемещают с этой же скоростью стабилизированную линию визирования в противоположном направлении, совмещают ее с точкой визирования на объекте слежения, при маневрировании визирного устройства прибора слежения измеряют угол его крена, угол возвышения линии визирования, определяют угол отклонения линии визирования от заданного положения и перемещают ее в обратном направлении на этот же угол в заданное положение, при перемещении объекта слежения измеряют и запоминают направление и величину его угловой скорости ω_o, определяют ее математическое ожидание ω_o.мож и среднеквадратическое отклонение ω_o.ско, автоматически перемещают линию визирования с угловой скоростью ω_лв=ω_o.мож в направлении движения объекта слежения, подсвечивают визирный индекс, плавно изменяют яркость и цвет его подсветки до достижения им оптимального контраста с объектом слежения, уменьшают поле зрения до размера , где В - уменьшаемый угловой размер поля зрения визирного устройства прибора слежения, В₀ - угловой размер объекта слежения, σ_в - среднеквадратическое значение ошибки визирования, σ_ю - среднеквадратическое значение ошибки юстировки линии визирования с оптической осью визирного устройства, t_и - время инерции системы «глаз - визирное устройство - прибор слежения», а по истечении времени t₃+t_и, где t₃ - заданное время визирования, восстанавливают исходные размеры поля зрения визирного устройства прибора слежения.

Предложенный способ позволил устранить указанные недостатки. Использование предлагаемого способа происходит следующим образом. Предварительно, в исходном состоянии, формируют стабилизированную линию визирования (с помощью, как правило, гироскопического стабилизатора линии визирования (СЛВ)), юстируют ее с оптической осью визирного устройства прибора слежения. При этом устраняют появляющиеся ошибки юстировки, значение которых при каждом включении СЛВ является случайным. Определяют направление и величину угловой скорости ухода от оптической оси визирного устройства стабилизированной линии визирования. Для компенсации ухода СЛВ формируют соответствующий сигнал и перемещают ее с той же скоростью в противоположном направлении. Затем СЛВ совмещают с точкой визирования на объекте слежения, определяют и устанавливают необходимый размер поля зрения (как правило, угол поля зрения) визирного устройства.

Определение и выбор исходных размеров поля зрения зависят от типа визирного устройства. Если это оптический прибор, то основным размером будет угол поля зрения, изменяемый, как правило, плавно или дискретно в зависимости от необходимого увеличения, размеров объекта визирования (цели), скорости его движения, наличия помех в поле зрения и т.д. В процессе поиска объектов визирования и слежения (целей), до их обнаружения, размеры поля зрения, как правило, максимальны, что необходимо для сокращения времени поиска.

Если же поиск объектов визирования производится по экрану электронно-оптического устройства, то основными размерами поля зрения будут ширина и высота экрана. Совмещение линии визирования с точкой визирования производится с помощью визирного индекса (марки), съюстированного с оптической осью визирного устройства. Поэтому при совмещении линии визирования с объектом визирования и слежения одновременно происходит совмещение с ним и оптической оси визирного устройства, благодаря чему достигается увеличение разрешающей способности визирного устройства и видимости цели, уменьшается вероятность оптических искажений.

При маневрировании визирного устройства прибора слежения появляются отклонения визирной линии в плоскости крена, поскольку она не стабилизирована в этой плоскости. Отклонения эти тем больше, чем больше угол возвышения линии визирования. Поэтому измеряют угол крена визирного устройства и угол возвышения линии визирования, определяют угол отклонения линии визирования от заданного положения в соответствии с выражением Ψ=φSinγ, где Ψ - угол отклонения линии визирования от заданного положения в плоскости крена, φ - угол возвышения линии визирования, γ - угол крена визирного устройства. Затем перемещают линию визирования в обратном направлении на этот же угол в заданное положение.

При перемещении объекта слежения с угловой скоростью измеряют и запоминают направление и величину этой скорости, автоматически перемещают в этом же направлении и с такой же угловой скоростью линию визирования. Это позволяет использовать запоминание скорости для обеспечения подачи на вход оператора разности между угловыми скоростями объекта слежения и линии визирования (Локк А. С. Управление снарядами. - М.: Госиздат физико-математической литературы, 1958, с.764-765 - «несекретно»), облегчить функции и существенно снизить напряженность оператора.

Для повышения контраста на фоне местности и объекта слежения визирного индекса его подсвечивают, изменяют яркость и цвет его подсветки до достижения им оптимального контраста и с объектом слежения, и фоном местности В наиболее ответственный момент (например, при слежении за объектом слежения при киносъемке, при стрельбе и др.) для уменьшения помех уменьшают поле зрения на заданное время визирования до , где В - уменьшаемый угловой размер поля зрения визирного устройства прибора слежения, В₀ - угловой размер объекта визирования, σ_в - среднеквадратическое значение ошибки визирования, σ_ю - среднеквадратическое значение ошибки юстировки линии визирования с оптической осью визирного устройства, t_и - время инерции системы «глаз - визирное устройство - прибор слежения», а по истечении времени t₃+t_и, где t₃ - заданное время визирования, восстанавливают исходные размеры поля зрения визирного устройства прибора слежения.

С уменьшением размеров поля зрения визирного устройства уменьшается вероятность попадания в него помех. Благодаря компенсации угловой скорости ухода стабилизированной линии визирования, позволившей значительно уменьшить ошибки визирования, такое уменьшение стало возможным практически до размеров объекта визирования. Однако из-за ошибок визирования и юстировки, а также из-за угловых ошибок слежения за подвижным объектом слежения такое уменьшение размеров поля зрения нецелесообразно из-за опасности выхода из него объекта визирования.

Уменьшение поля зрения может происходить либо по специальной команде наводчика, например, нажатием на введенную для этих целей в систему управления специальную кнопку, либо по совпадающей по времени штатной команде системы управления: команды на замер дальности, заряжание орудия и др. Если размеры поля зрения угловые, то информацию о размерах объекта визирования определяют после замера дальности до него. Информация о размерах типовых объектов визирования (целей) вводится в систему управления заблаговременно. Уменьшение размера поля зрения производится с помощью специально введенной в оптическую систему визирного устройства диафрагмы с регулируемым посредством специального привода осевым отверстием. Это обеспечивает снижение яркости фона и повышение четкости изображения цели (см., например, Бутиков Е.И. «Оптика», - М.: «Высшая школа», 1986, с.347-352 - «несекретно»). Кроме того, за счет снижения яркости фона обеспечивается увеличение контраста визирного индекса. Основное же значение уменьшения поля зрения заключается в экранировании пыледымовых и, прежде всего, световых помех. Все это обеспечивает повышение помехоустойчивости и точности визирования и слежения.

По истечении времени t₃+t_и, где t₃ - заданное время визирования, восстанавливают исходные размеры поля зрения визирного устройства.

Величину заданного времени определяет, как правило, соответствующий оператор (телевидения, киносъемки и др.). Что касается стрельбы по целям, то заданным временем считается время от момента совмещения линии визирования с объектом визирования до попадания снаряда (ракеты) в цель. Команда на восстановление размеров поля зрения может быть подана как самим оператором (наводчиком), так и автоматически системой управления на основании информации о дальности до цели и скорости полета снаряда (ракеты). Своевременное восстановление исходных размеров поля зрения необходимо для сохранения высокого уровня достоверности оценки результата выстрела и эффективной разведки последующих целей.

Предложенный способ слежения обеспечивает повышение помехоустойчивости и точности процессов визирования и слежения, что обеспечивается экранированием световых и пыледымовых помех, снижением яркости фона и повышением четкости изображения. Кроме того, при слежении за подвижным объектом угловые ошибки слежения практически не возникают и напряженность оператора не увеличивается (из-за автоматического придания линии визирования угловой скорости ω_лв=ω_о.мож, которая практически полностью компенсирует угловую скорость перемещения объекта слежения).

Экспериментальная оценка эффективности предложенного способа слежения подтвердила возможность существенного повышения точности визирования и слежения при стрельбе в сложных условиях (пестрый и яркий фон, быстрое изменение яркости фона и цели, наличие световых и пыледымовых помех в поле зрения визирного устройства, угловое перемещение объекта слежения и др.). Частость попадания при электронных стрельбах в условиях помех, полученная наводчиками с использованием предложенного способа, превысила (на 8-10%) частость попадания, полученную известным (см. прототип) способом слежения в аналогичных условиях. При визировании с подвижного объекта частость попадания возросла еще на 5%, а при слежении за подвижным объектом показатели не ухудшились.

Предложенный способ слежения может быть использован как в военных целях, так и в других областях науки и техники, например, при визировании объектов и слежении за ними на фоне звездного неба, в телевидении, кино, фотографии, геологии, навигации и др.

Изобретение относится к способам управления, а более конкретно к способам слежения за подвижным объектом. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости, точности визирования и слежения за подвижным объектом. Изобретение включает определение и установку исходных размеров поля зрения визирного устройства, совмещение его с объектом слежения и удержание в таком положении в течение заданного времени и отличается тем, что формируют стабилизированную линию визирования и юстируют ее в исходном состоянии с оптической осью визирного устройства прибора слежения, определяют направление и величину угловой скорости ухода стабилизированной линии визирования, перемещают ее с этой же скоростью в противоположном направлении, совмещают ее с точкой визирования на объекте слежения, при маневрировании визирного устройства измеряют угол его крена, угол возвышения линии визирования, определяют угол отклонения линии визирования от заданного положения и перемещают ее в обратном направлении на этот же угол, при перемещении объекта слежения измеряют и запоминают направление и величину его угловой скорости ω_о, определяют ее математическое ожидание ω_о.мо и среднеквадратическое отклонение ω_о.ско, автоматически перемещают линию визирования в направлении движения объекта слежения, подсвечивают визирный индекс, изменяют яркость и цвет его подсветки до оптимального контраста с объектом слежения, уменьшают поле зрения, а по истечении времени восстанавливают исходные размеры поля зрения визирного устройства прибора слежения.

Способ слежения за подвижным объектом, включающий определение и установку исходных размеров поля зрения визирного устройства прибора слежения, совмещение его с объектом слежения и удержание в таком положении в течение заданного времени, отличающийся тем, что формируют стабилизированную линию визирования и юстируют ее в исходном состоянии с оптической осью визирного устройства прибора слежения, определяют направление и величину угловой скорости ухода от оптической оси визирного устройства прибора слежения стабилизированной линии визирования, перемещают с этой же скоростью стабилизированную линию визирования в противоположном направлении, совмещают ее с точкой визирования на объекте слежения, при маневрировании визирного устройства прибора слежения измеряют угол его крена, угол возвышения линии визирования, определяют угол отклонения линии визирования от заданного положения и перемещают ее в обратном направлении на этот же угол в заданное положение, при перемещении объекта слежения измеряют и запоминают направление и величину его угловой скорости ω_о, определяют ее математическое ожидание ω_о.мож и среднеквадратическое отклонение ω_о.ско, автоматически перемещают линию визирования с угловой скоростью ω_лв=ω_о.мож в направлении движения объекта слежения, подсвечивают визирный индекс, плавно изменяют яркость и цвет его подсветки до достижения им оптимального контраста с объектом слежения, уменьшают поле зрения до размера где В - уменьшаемый угловой размер поля зрения визирного устройства прибора слежения, В₀ - угловой размер объекта слежения, σ_в - среднеквадратическое значение ошибки визирования, σ_ю - среднеквадратическое значение ошибки юстировки линии визирования с оптической осью визирного устройства, t_и - время инерции системы «глаз - визирное устройство - прибор слежения», а по истечении времени t_з+t_и, где t_з - заданное время визирования, восстанавливают исходные размеры поля зрения визирного устройства прибора слежения.