СПОСОБ ВИЗИРОВАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G02B23/10 F41G1/38 

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

Изобретение относится к способам повышения эффективности управления, а более конкретно к способам визирования.

От эффективности визирования (прежде всего точности 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 электро-магнитных 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 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).

Известен, например, способ визирования, 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 визирование осуществляется путем совмещения точки визирования на цели с визирным индексом (прицельной маркой) в визирном устройстве, 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 визирования (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, совмещение его с объектом 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 или визирного индекса в условиях действия пыледымовых и, особенно, световых помех. Кроме того, продолжительное визирование в условиях стабилизации поля зрения визирного устройства 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 вокруг оптической оси визирного устройства отклоняется, поскольку в ней не стабилизирована. Отклонение это тем больше, чем больше угол возвышения линии визирования и угол крена визирного устройства.

Целью изобретения является улучшение условий, повышение помехоустойчивости и точности визирования.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе визирования, включающем определение и установку исходных размеров поля зрения визирного устройства, совмещение его с объектом визирования и удержание в таком положении в течение заданного времени, определяют, обозначают и вводят в поле зрения визирного устройства положение его оптической оси (с возможностью его последующего вывода), формируют стабилизированную линию визирования и юстируют ее в исходном состоянии с оптической осью визирного устройства, определяют направление и величину угловой скорости ухода от оптической оси визирного устройства стабилизированной линии визирования, перемещают с этой же скоростью стабилизированную линию визирования в противоположном направлении, совмещают ее с точкой визирования на объекте визирования, при маневрировании визирного устройства измеряют угол его поворота вокруг его оптической оси и угол возвышения стабилизированной линии визирования, определяют угол отклонения линии визирования от заданного положения и перемещают ее в обратном направлении на этот же угол в заданное положение, подсвечивают визирный индекс, плавно изменяют яркость и цвет его подсветки до достижения им оптимального контраста с объектом визирования, уменьшают поле зрения до размера , где B - уменьшаемый угловой размер поля зрения, B₀ - угловой размер объекта визирования, σ_в - среднеквадратическое значение ошибки визирования, σ_ю - среднеквадратическое значение ошибки юстировки линии визирования с оптической осью визирного устройства, σ_лв ² - среднеквадратическое значение ошибки компенсации скорости ухода линии визирования, а по истечении времени t_з+t_и, где t_з - заданное время визирования, t_и - время инерции системы глаз-визирное устройство, восстанавливают исходные размеры поля зрения визирного устройства.

Предложенный способ позволил практически устранить указанные недостатки. Его использование происходит следующим образом. Определяют, обозначают и вводят (с помощью, например, поворотного зеркала) в поле зрения визирного устройства положение его оптической оси (с возможностью его последующего вывода), в исходном состоянии, формируют стабилизированную линию визирования (с помощью, как правило, гироскопического стабилизатора линии визирования (СЛВ)), юстируют ее с оптической осью визирного устройства. 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. Определяют среднеквадратическое значение ошибки компенсации ухода линии визирования. Затем СЛВ совмещают с точкой визирования на объекте визирования, определяют и устанавливают необходимый размер поля зрения (как правило, угол поля зрения) визирного устройства.

Определение и выбор исходных размеров поля зрения зависят от типа прицельного 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 (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 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 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 (вокруг его оптической оси). Затем перемещают линию визирования в обратном направлении на этот же угол в заданное положение. Определяют (периодически) ошибку компенсации ухода стабилизированной линии визирования.

Для повышения контраста фона местности и визирного индекса его подсвечивают, изменяют яркость и цвет его подсветки до достижения им оптимального контраста и с объектом визирования. В наиболее ответственный момент (например, при слежении за объектом визирования при киносъемке, при стрельбе и др.) для уменьшения помех уменьшают поле зрения на заданное время визирования до , где B - уменьшаемый угловой размер поля зрения, B₀ - угловой размер объекта визирования, σ_в - среднеквадратическое значение ошибки визирования, σ_ю - среднеквадратическое значение ошибки юстировки линии визирования с оптической осью визирного устройства, σ_лв ² - среднеквадратическое значение ошибки компенсации ухода линии визирования, а по истечении времени t_з+t_и, где t_з - заданное время визирования, t_и - время инерции системы глаз-визирное устройство, восстанавливают исходные размеры поля зрения визирного устройства. В процессе длительного визирования ошибки компенсации ухода линии визирования периодически контролируются (путем ввода и вывода из поля зрения визирного устройства информации о положении его оптической оси).

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, юстировки и компенсации ухода линии визирования такое уменьшение размеров поля зрения нецелесообразно из-за опасности выхода из него объекта визирования. Поэтому уменьшаемый размер устанавливается с учетом перечисленных ошибок.

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.

Уменьшение поля зрения обеспечивает снижение яркости фона и повышение четкости изображения цели (см., например, Е.И.Бутиков «Оптика», М., «Высшая школа», 1986, с.347-352). Кроме того, за счет снижения яркости фона обеспечивается увеличение контраста визирного индекса (визирной марки). Основное же значение уменьшения поля зрения заключается в экранировании пыледымовых и, прежде всего, световых помех. Все это обеспечивает повышение помехоустойчивости и точности визирования. По истечении заданного времени восстанавливают исходные размеры поля зрения.

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 (в случае поражения предыдущей).

Предложенный способ визирования обеспечивает получение положительного эффекта. Он заключается в повышении помехоустойчивости и точности процесса визирования, что обеспечивается экранированием световых и пыледымовых помех, снижением яркости фона и повышением четкости изображения. Экспериментальная оценка эффективности предложенного способа визирования свидетельствует о возможности существенного повышения точности визирования 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 и др.). Частость попадания при электронных стрельбах в условиях световых помех, полученная наводчиками с использованием предложенного способа, превысила (на 10-15%) частость попадания, полученную известным (см. прототип) способом визирования в аналогичных условиях. При визировании с подвижного объекта частость попадания возросла еще на 5%.

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

Способ включает определение и установку исходных размеров поля зрения визирного устройства, совмещение его с объектом и удержание в таком положении в течение заданного времени. Вводят в поле зрения визирного устройства положение его оптической оси, формируют стабилизированную линию визирования и юстируют ее в исходном состоянии с оптической осью визирного устройства. Определяют направление и величину угловой скорости ухода от оптической оси визирного устройства стабилизированной линии визирования, перемещают с этой же скоростью стабилизированную линию визирования в противоположном направлении, совмещают ее с точкой визирования на объекте визирования. При маневрировании визирного устройства измеряют угол его поворота вокруг его оптической оси и угол возвышения стабилизированной линии визирования, определяют угол отклонения линии визирования от заданного положения и перемещают ее в обратном направлении на этот же угол в заданное положение, подсвечивают визирный индекс, плавно изменяют яркость и цвет его подсветки до достижения им оптимального контраста с объектом визирования, уменьшают поле зрения до размера, определяемого по математической формуле. По истечении времени t_з+t_и, где t_з - заданное время визирования, t_и - время инерции системы глаз - визирное устройство, восстанавливают исходные размеры поля зрения визирного устройства. Технический результат - повышение помехоустойчивости и точности визирования.

Способ визирования, включающий определение и установку исходных размеров поля зрения визирного устройства, совмещение его с объектом визирования и удержание в таком положении в течение заданного времени, отличающийся тем, что определяют, обозначают и вводят в поле зрения визирного устройства положение его оптической оси (с возможностью его последующего вывода), формируют стабилизированную линию визирования и юстируют ее в исходном состоянии с оптической осью визирного устройства, определяют направление и величину угловой скорости ухода от оптической оси визирного устройства стабилизированной линии визирования, перемещают с этой же скоростью стабилизированную линию визирования в противоположном направлении, совмещают ее с точкой визирования на объекте визирования, при маневрировании визирного устройства измеряют угол его поворота вокруг его оптической оси и угол возвышения стабилизированной линии визирования, определяют угол отклонения линии визирования от заданного положения и перемещают ее в обратном направлении на этот же угол в заданное положение, подсвечивают визирный индекс, плавно изменяют яркость и цвет его подсветки до достижения им оптимального контраста с объектом визирования, уменьшают поле зрения до размера , где В - уменьшаемый угловой размер поля зрения, B₀ - угловой размер объекта визирования, σ_в - среднеквадратическое значение ошибки визирования, σ_ю - среднеквадратическое значение ошибки юстировки линии визирования с оптической осью визирного устройства, σ_лв ² - среднеквадратическое значение ошибки компенсации ухода линии визирования, а по истечении времени t_з+t_и, где t_з - заданное время визирования, t_и - время инерции системы глаз - визирное устройство, восстанавливают исходные размеры поля зрения визирного устройства.