АКТИВНАЯ ЛАЗЕРНАЯ ГОЛОВКА САМОНАВЕДЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F41G7/22 G02B27/10 

Изобретение относится к военной технике, а именно к системам управления и самонаведения летательных аппаратов, например ракет, на крупноразмерные морские и наземные цели на фоне любой местности в любое время суток, в условиях плохой видимости и организованного противодействия.

Известны аналоги подобных систем наведения ракеты, например система, состоящая из головки совмещения изображений и самонастраивающегося автопилота (см. Авторское свидетельство РФ №1840806, МПК F41G 7/00, опубликовано 10.06.2010); Активная лазерная головка самонаведения (см. патент РФ №2573709, МПК F41G 7/22, опубликован 27.01.2016); Комплекс лазерной локации (см. патент РФ №2529758, МПК G01S 7/06, опубликован 27.09.2014); Оптико-локационная и телевизионная система (см. Авторское свидетельство РФ №1840874, МПК G01S 17/88, опубликовано 27.07.2014).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа из названных выше аналогов, является патент РФ №2573709. В этом патенте используется активный метод наблюдения, а активная лазерная головка самонаведения (АЛГСН) содержит установленные в кардановом подвесе поворотной платформы, размещенной в корпусе головки самонаведения, оптическую систему, в фокусе которой установлено фотоприемное устройство канала формирования изображения цели, выполненную с возможностью угловых отклонений относительно двух осей подвеса по команде от двухосевой системы стабилизации и слежения, лазерный излучатель подсвета цели, первое, второе и третье наклонные зеркала, спектроделитель, первый и второй узкополосные оптические фильтры, первый и второй объективы, лазерный излучатель и фотоприемное устройство канала измерения дальности до цели. Кроме этого, в нее входят блок обнаружения и распознавания цели, блок выделения координат заданной точки цели и блок управления слежением, а также блок памяти и хранения эталонного изображения, задаваемого в виде предстартового полетного задания, и блок синхронизации и стробирования, вход которого соединен с выходом канала измерения дальности до цели.

Но прототип не лишен недостатков. Один из них заключается в большой массе и больших габаритах подвижных элементов, что повышает потребляемую энергию, а также снижает точностные и динамические характеристики процессов сопровождения и стабилизации линии визирования.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение массы АЛГСН при заданных точностных и динамических характеристиках процессов сопровождения и стабилизации линии визирования путем уменьшения массы подвижных оптических элементов, карданового подвеса и исполнительных механизмов при одновременном снижении потребляемой энергии, а также путем исключения из состава канала измерения дальности до цели лазерного излучателя с возможностью использования только лазерного излучателя подсвета цели.

Технический результат достигается с помощью того, что в предлагаемой активной лазерной головке самонаведения используется общий лазерный излучатель для подсвета цели и дальнометрирования. Оптическая система выполнена без спектроделителя, в виде телескопической насадки со светоделителем, а единственным подвижным оптическим элементом конструкции, с помощью которого решаются задачи стабилизации и сопровождения, является первое наклонное плоское отражающее зеркало, которое имеет возможность угловых отклонений относительно двух осей подвеса по команде от двухосевой системы стабилизации и слежения, при этом телескопическая насадка, первое наклонное плоское зеркало, второе плоское зеркало и лазерный излучатель являются общими для канала формирования изображения цели и канала измерения дальности до цели, части же этих каналов, разделенные светоделителем с отверстием и включающие в себя фильтры, объективы и фотоприемные устройства - отдельными.

Заявляемое устройство активной лазерной головки самонаведения содержит оптическую систему, фотоприемное устройство канала формирования изображения цели, лазерный излучатель подсвета цели, первое и второе плоские наклонные зеркала, первый и второй узкополосные оптические фильтры, первый и второй объективы, фотоприемное устройство канала измерения дальности до цели, двухосевую систему стабилизации и слежения, блок синхронизации и стробирования, последовательно соединенные блок обнаружения и распознавания цели, блок выделения координат заданной точки цели и блок управления, а также блок памяти эталонного изображения цели, задаваемого в виде предстартового полетного задания, при этом выход фотоприемного устройства канала формирования изображения цели соединен с входом блока обнаружения и распознавания цели, выход блока памяти эталонного изображения соединен со вторым входом блока обнаружения и распознавания цели, а светоделитель с отверстием установлен внутри оптической системы и оптически сопряжен с первым плоским наклонным зеркалом, а также с последовательно установленными вторым плоским наклонным зеркалом и лазерным излучателем подсвета цели, с последовательно установленными первым узкополосным оптическим фильтром и первым объективом, в фокусе которого установлено фотоприемное устройство канала измерения дальности до цели, и с последовательно установленными вторым узкополосным оптическим фильтром и вторым объективом, в фокусе которого установлено фотоприемное устройство канала формирования изображения цели, выход канала измерения дальности до цели соединен с входом блока синхронизации и стробирования, первый выход которого соединен с входом канала измерения дальности до цели, второй выход - с входом лазерного излучателя подсвета цели, а третий выход - со вторым входом фотоприемного устройства канала формирования изображения цели, в котором, в отличие от прототипа, оптическая система выполнена в виде телескопической насадки, а первое плоское наклонное зеркало установлено в кардановом подвесе между объективом и окуляром телескопической насадки и является единственным подвижным элементом конструкции, выполняющим функции стабилизации и слежения и оптически сопряженным со светоделителем с отверстием, разделяющим канал формирования изображения и канал измерения дальности до цели, при этом второе плоское зеркало установлено между светоделителем с отверстием и лазером подсвета цели, а функции подсвета цели для формирования ее изображения и измерения дальности до нее выполняются одним лазерным излучателем.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

На Фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемой АЛГСН.

На Фиг. 2 - функциональная схема, где отражено взаимодействие основных элементов АЛГСН.

На представленных чертежах обозначения элементов следующие:

1 - лазер подсвета цели;

2 - второе плоское зеркало;

3 - светоделитель с отверстием;

4 - первое наклонное плоское отражающее зеркало;

5 - телескопическая насадка:

6 - первый узкополосный фильтр;

7 - первый объектив;

8 - фотоприемное устройство канала формирования изображения цели;

9 - второй узкополосный фильтр;

10 - второй объектив;

11 - фотоприемное устройство канала измерения дальности до цели;

12 - блок синхронизации и стробирования;

13 - блок обнаружения и распознавания цели;

14 - блок памяти эталонного изображения цели;

15 - блок выделения координат заданной точки цели;

16 - блок управления слежением;

17 - блок наведения носителя;

18 - блок стабилизации и слежения.

Работает головка следующим образом. По сигналу блока синхронизации и стробирования 12 (см. Фиг. 2) излучение лазера подсвета цели 1 (см. Фиг. 1) с помощью второго плоского зеркала 2 проходит через отверстие в центре светоделителя с отверстием 3, сделанное для уменьшения потерь лазерного излучения, со стороны второго объектива 10 и второго узкополосного фильтра 9, и падает на первое наклонное плоское отражающее зеркало 4. Отраженное от него излучение через телескопическую насадку 5 направляется на цель. Отраженное целью излучение принимается упомянутой выше телескопической насадкой 5 и падает на первое наклонное плоское отражающее зеркало 4. Затем часть этого излучения отражается периферийной частью светоделителя с отверстием 3, проходит через первый узкополосный фильтр 6, первый объектив 7 и падает на чувствительный слой фотоприемного устройства 8 канала формирования изображения цели. Другая часть принимаемого излучения проходит через периферийную часть светоделителя с отверстием 3 через второй узкополосный фильтр 9, второй объектив 10 и падает на фотоприемное устройство канала измерения дальности до цели 11. Работа фотоприемных устройств (ФПУ) 8, 11 и лазера подсвета 1 управляется блоком синхронизации и стробирования 12 (Фиг. 2) по выходам «3», «1», «2» соответственно. Данные, получаемые с ФПУ 11 канала измерения дальности до цели, используются для синхронизации работы лазера подсвета цели 1 и импульсов стробирования ФПУ 8 канала формирования изображения цели.

Сигналы с выхода ФПУ 8, которое формирует изображение цели, поступают на первый вход блока обнаружения и распознавания цели 13 (Фиг. 2), на второй вход которого подаются сигналы эталонного изображения цели с первого выхода блока памяти эталонного изображения цели 14. Блок обнаружения и распознавания цели 13 сравнивает получаемое изображение пространства в поле зрения с изображением эталона и фиксирует наличие цели в поле зрения. Полученная информация о наличии цели в поле зрения подается на первый вход блока выделения координат заданной точки цели 15, на второй вход которого подается сигнал эталонного изображения с помеченной точкой прицеливания со второго выхода блока памяти эталонного изображения цели 14. Блок выделения координат заданной точки цели 15 сравнивает получаемое изображение с изображением эталона и определяет координаты точки прицеливания. Полученные координаты подаются на блок управления слежением 16, которым с выхода «1» выдается сигнал на блок наведения носителя 17, а с выхода «2» - на блок стабилизации и слежения 18.

В качестве лазерного излучателя - лазера подсвета цели 1 может быть использован малогабаритный твердотельный лазер разработки АО «Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова». Телескопическая насадка 5, объективы 7 и 10 могут быть изготовлены из кварцевого стекла, а узкополосные оптические фильтры 6 и 9 могут быть интерференционными, светоделитель с отверстием 3 изготавливается из стекла К8. Плоское зеркало 4 является единственным подвижным элементом АЛГСН, а отклонения его в двух плоскостях осуществляются с помощью карданового подвеса. Фотоприемное устройство 8 канала формирования изображения цели может быть реализовано, например, на основе полноформатного матричного фотоприемника фирмы «Силар», г. Санкт-Петербург, а фотоприемник 11 может быть аналогичным используемому в лазерном дальномере типа БД-1.

Основными компонентами блока стабилизации и слежения 18 могут быть моментные двигатели типа ДБ773.031 разработки ОАО «НПК Карат», инерциальная система типа ADIS 16383 фирмы Analog Device и датчики угла типа DS-58-32 фирмы Netser, а также электронная схема управления двигателями, которая может быть реализована на элементной базе фирмы Texas Instruments, в том числе с применением процессорных микросхем серии TMS.

При использовании указанных компонентов масса подвижных оптических элементов уменьшится более чем в два раза, что вызовет снижение потребляемой энергии, при заданных точностных и динамических характеристиках процессов сопровождения и стабилизации линии визирования.

Активная лазерная головка самонаведения содержит оптическую систему, фотоприемное устройство канала формирования изображения цели, лазерный излучатель подсвета цели, наклонные зеркала, узкополосные оптические фильтры, объективы, фотоприемное устройство канала измерения дальности до цели, двухосевую систему стабилизации и слежения, блок обнаружения и распознавания цели, блок выделения координат, блок управления, блок синхронизации и стробирования. При этом оптическая система выполнена в виде телескопической насадки, в которую введен светоделитель, а единственным подвижным элементом конструкции является первое плоское наклонное зеркало, установленное в кардановом подвесе и оптически сопряженное со светоделителем. Технический результат заключается в упрощении устройства и уменьшении массы активной лазерной головки самонаведения. 2 ил.

Активная лазерная головка самонаведения, содержащая оптическую систему, фотоприемное устройство канала формирования изображения цели, лазерный излучатель подсвета цели, первое и второе плоские наклонные зеркала, первый и второй узкополосные оптические фильтры, первый и второй объективы, фотоприемное устройство канала измерения дальности до цели, двухосевую систему стабилизации и слежения, блок синхронизации и стробирования, последовательно соединенные блок обнаружения и распознавания цели, блок выделения координат заданной точки цели и блок управления, а также блок памяти эталонного изображения цели, задаваемого в виде предстартового полетного задания, при этом выход фотоприемного устройства канала формирования изображения цели соединен с входом блока обнаружения и распознавания цели, выход блока памяти эталонного изображения цели соединен со вторым входом блока обнаружения и распознавания цели, а светоделитель с отверстием установлен внутри оптической системы и оптически сопряжен с первым плоским наклонным зеркалом, а также с последовательно установленными вторым плоским наклонным зеркалом и лазерным излучателем подсвета цели, с последовательно установленными первым узкополосным оптическим фильтром и первым объективом, в фокусе которого установлено фотоприемное устройство канала измерения дальности до цели, и с последовательно установленными вторым узкополосным оптическим фильтром и вторым объективом, в фокусе которого установлено фотоприемное устройство канала формирования изображения цели, выход канала измерения дальности до цели соединен с входом блока синхронизации и стробирования, первый выход которого соединен с входом канала измерения дальности до цели, второй выход - с входом лазерного излучателя подсвета цели, а третий выход - со вторым входом фотоприемного устройства канала формирования изображения цели, отличающаяся тем, что оптическая система выполнена в виде телескопической насадки, а первое плоское наклонное зеркало установлено в кардановом подвесе между объективом и окуляром телескопической насадки и является единственным подвижным элементом конструкции, выполняющим функции стабилизации и слежения и оптически сопряженным со светоделителем с отверстием, разделяющим канал формирования изображения и канал измерения дальности до цели, при этом второе плоское зеркало установлено между светоделителем с отверстием и лазером подсвета цели, при этом функции подсвета цели для формирования ее изображения и измерения дальности до нее выполняются одним лазерным излучателем.