Оптико-электронная система поиска и сопровождения цели Российский патент 2018 года по МПК G01C3/08 F41G3/06 

Изобретение относится к приборостроению, например, к авиастроению, в частности к оптико-электронным приборам, предназначенным для поиска видимых и теплоизлучающих объектов и их сопровождения в сочетании с целеуказателем-дальномером, используемым для обеспечения целеуказания оружию и решения прицельных задач.

Известна оптико-электронная система поиска и сопровождения цели, описанная в патенте РФ на полезную модель №63520, МПК G01C 3/08, опубл. 10.01.2008 г., содержащая подвижное головное зеркало, установленное на основании и снабженное двумя приводами по двум взаимно перпендикулярным осям и датчиками углового положения, инфракрасный пеленгационный канал, содержащий объектив и фотоприемное устройство, формирующий сигнал рассогласования между оптической осью системы и направлением на цель, входной элемент для ввода лазерного излучения от передающего лазерного канала, при этом выход фотоприемного устройства и выходы датчиков углового положения подключены к соответствующим входам вычислительно-управляющего блока, соответствующие управляющие выходы которого подключены к приводам головного зеркала и управляющему входу передающего лазерного канала, причем между головным зеркалом и объективом под углом к оптической оси установлено фиксированное плоское зеркало с осевым отверстием, расположенным по ходу лазерного излучения от передающего лазерного канала, объектив выполнен из двух компонентов, между которыми в фокальной плоскости первого по ходу излучения компонента установлена диафрагма, при этом инфракрасный пеленгационный канал является одновременно приемным лазерным каналом системы. Но данная система имеет низкую разрешающую способность. Она позволяет определять лишь наличие или отсутствие теплового пятна цели, но не распознавать цель во всех деталях.

Наиболее близкой является система, описанная в патенте РФ №2155323, МПК G01C 3/08, опубл. 2003 г., предназначенная для поиска теплоизлучающих объектов. Устройство содержит подвижное зеркало с устройством управления, взаимодействующим с датчиками углов и приводами подвижного зеркала, спектроделительный фильтр, ИК канал, выполненный в виде пеленгационнонного канала, формирующего сигнал рассогласования между оптической осью системы и направлением на цель, а также передающий и приемный лазерные каналы. Повышение разрешающей способности в данном устройстве достигается за счет установления в пеленгационном канале по ходу оптического луча перед сферическим зеркалом двух коррегирующих линз и сканирующего зеркала между ними. Однако данное устройство не обладает достаточной разрешающей способностью, позволяющей распознавать образ ИК цели и, кроме того, данное устройство невозможно применять для работы с целями в видимом диапазоне.

Задачей создания изобретения является повышение технологичности и расширение функциональных возможностей устройства.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение функциональных возможностей за счет добавления телевизионного канала, увеличения разрешающей способности каналов, позволяющей обнаруживать цели в видимом диапазоне и распознавать их в мелких деталях в широком диапазоне внешних воздействующих факторов, повышения технологичности за счет облегчения процесса сборки, настройки и юстировки изделий, уменьшение габаритов лазерного канала дальнометрирования и телевизионного канала за счет их работы через единый объектив.

Это достигается тем, что в оптико-электронной системе поиска и сопровождения цели, содержащей подвижное зеркало, выполненное с возможностью перемещения по двум взаимно перпендикулярным осям с помощью устройства управления поворотным зеркалом, спектроделитель, расположенный за подвижным зеркалом, ИК канал, формирующий сигнал рассогласования между оптической осью ИК канала и направлением на цель, расположенный в проходящих лучах спектроделителя и состоящий по ходу луча из ИК объектива с коррегирующими линзами и ИК приемника излучения, а лазерные передающий и приемный каналы расположены в отраженных лучах спектроделителя, причем выход лазерного приемного канала связан с блоком обработки сигнала дальнометрирования, который в свою очередь связан с соответствующим входом блока управления, выход ИК приемника излучения и выходы устройства управления поворотным зеркалом, подключены к блоку управления, соответствующие выходы которого подключены устройству управления поворотным зеркалом и к входу лазерного передающего канала, в отличие от известного, устройство управления подвижным зеркалом выполнено в виде гиростабилизатора, блок управления выполнен в виде электронного блока связи, преобразования и управления, в ИК канале ИК приемник излучения построен на основе матричного фотоприемника, ИК объектив выполнен из блока линз с высокой степенью разрешения, в котором коррегирующие линзы выполнены в виде фокусирующей и рассеивающей линз, расположенные по ходу луча за блоком линз и выполненные со своими приводами, при этом входы приводов подключены к соответствующим входам электронного блока связи, преобразования и управления, а выход лазерного передающего канала напрямую связан со спектроделителем, кроме того, в систему добавлен телевизионный канал, формирующий сигнал рассогласования между оптической осью телевизионного канала и направлением на цель, расположенный в отраженных лучах спектроделителя и выполненный по ходу луча в виде высокоразрешающего телевизионного объектива, светоделительной призмы и фотоприемного устройства, выполненного в виде матричного фотоприемника, расположенного в проходящих лучах светоделительной призмы, а в отраженных лучах светоделительной призмы расположен лазерный приемный канал, причем телевизионный объектив выполнен общим, как для телевизионного канала, так и для лазерного приемного канала, кроме того, выход телевизионного матричного фотоприемника телевизионного канала, подключен к соответствующему входу электронного блока связи, преобразования и управления, а сам электронный блок связи, преобразования и управления выполнен с информационным входом и выходом к системе управления вооружением.

Изобретение поясняется чертежом, где на фигуре изображена блок-схема оптико-электронной системы поиска и сопровождения цели. Система (см. фигуру) содержит защитное стекло 1, за которым располагается подвижное зеркало 2, кинематически связанное с устройством управления поворотным зеркалом, выполненным в виде гиростабилизатора 3, построенном на основе динамически настраиваемого гироскопа с цифровым контуром разгрузки и управления. Гиростабилизатор 3 управляется от электронного блока связи, преобразования и управления 4 и обеспечивает поворот зеркала 2 по двум взаимно перпендикулярным осям, а также стабилизацию его положения при воздействии внешних механических возмущений. Угловое положение подвижного зеркала 2 устанавливается дистанционно оператором или автоматически через электронный блок связи, преобразования и управления 4. Информацию о текущем угловом положении подвижного зеркала 2 гиростабилизатор 3 передает в электронный блок связи, преобразования и управления 4.

Блок зеркал 5 позволяет оптимизировать габариты изделия и направляет отраженный оптический сигнал от подвижного зеркала 2 на спектроделитель выполненный в виде спектроделительной пластины 6. Спектроделительная пластина 6, установленная под углом к оптической оси ИК канала, разделяет оптический сигнал по спектрам. Часть оптического сигнала, прошедшая через спектроделительную пластину 6, поступает в ИК канал - тепловизионный канала 7, конструктивно выполненный в виде отдельного модуля. Другая часть оптического сигнала, отраженная от спектроделительной пластины 6 и от зеркала 8, установленного для уменьшения габаритов системы, поступает в телевизионный канал 9, совмещенный с каналом лазерного дальнометрирования 10, состоящим из лазерного передающего канала 11 и лазерного приемного канала 12. Причем, лазерный передающий канал 11 напрямую связан через зеркало 8, спектроделительную пластину 6, блок зеркал 5 с подвижным зеркалом 2, отражающим лазерное излучение через защитное стекло 1 на цель. Телевизионный канал 9 также конструктивно выполнен в виде отдельного модуля. Тепловизионный канал 7 содержит по ходу луча, прошедшего через светоделительную пластину 6, ИК объектив, выполненный по ходу луча в виде тепловизионного высокоразрешающего объектива 13, включающего в себя блок линз 14, фокусирующую линзу 15, перемещаемую с помощью привода фокусировки 16, рассеивающую линзу 17, установленную с возможностью вбрасывания в тепловизионный высокоразрешающий объектив 13 с помощью привода 18, а также ИК приемник излучения выполненный в виде тепловизионного фотоприемного устройства, а именно в виде матричного фотоприемника 19. Такое выполнение тепловизионного канала 7 позволяет распознавать образ цели. Телевизионный канал 9 содержит по ходу луча, отраженного от спектроделительной пластины 6, высокоразрешающий телевизионный объектив 20, светоделительную призму 21, светоделительная грань которого установлена под углом к оптической оси высокоразрешающего телевизионного объектива 20 и телевизионное фотоприемное устройство в виде матричного фотоприемника 22, установленного в проходящих лучах светоделительной призмы 21. В отраженных лучах светоделительной призмы 21 расположен лазерный приемный канал 10, причем телевизионный объектив 20 является общим объективом и для лазерного приемного канала 10. Выход лазерного приемного канала 10 через блок обработки сигнала дальнометрирования 23 связан с первым входом блока управления, выполненным в виде электронного блока связи, преобразования и управления 4, а второй вход электронного блока связи, преобразования и управления 4 связан с выходом матричного фотоприемника 22. Первый выход электронного блока связи, преобразования и управления 4 связан с входом лазерного передающего канала 11.

Подвижное зеркало 2 кинематически связано с гиростабилизатором 3, выходы которого связаны соответственно с третьим и четвертым входами, а входы соответственно со вторым и третьим выходами электронного блока связи, преобразования и управления 4. Четвертый и пятый выходы электронного блока связи, преобразования и управления 4 связаны соответственно с приводом фокусировки 16 фокусирующей линзы 15 и приводом 18 рассеивающей линзы 17, а выход матричного фотоприемника 19 связан с шестым входом электронного блока связи, преобразования и управления 4. Кроме того электронный блок связи, преобразования и управления 4 имеет пятый информационный вход и шестой выход к системе управления вооружением.

Подвижное зеркало 2, гиростабилизатор 3, блок зеркал 5, спектроделительная пластина 6, зеркало 8, тепловизионный канал 7, а также телевизионный канал 9, совмещенный с каналом лазерного дальнометрирования 10, устанавливаются на общее основание при этом технологически обеспечивается совмещение с требуемой точностью оптических осей всех каналов оптико-электронной системы поиска и сопровождения цели.

Устройство работает следующим образом:

В режиме поиска просмотр пространства целей осуществляется дистанционно оператором поворотом по курсу и тангажу подвижного зеркала 2. При этом отраженный оптический сигнал от блока зеркал 5 и далее прошедший через спектроделительную пластину 6 попадает в тепловизионный канал 7, в котором последовательно проходит через тепловизионный объектив 13 в тепловизионный матричный фотоприемник 19, формирующий тепловизионное изображение ИК целей для передачи через электронный блок связи, преобразования и управления 4 в систему управления вооружением. Высокое качество тепловизионного изображения обеспечивается высокой точностью стабилизации поля зрения гиростабилизатором 3, управляющего поворотным зеркалом 2, высокими характеристиками тепловизионного объектива 13 и применением в тепловизионном канале матричного фотоприемника 19. Кроме того, в тепловизионном канале 7 тепловизионное изображение корректируется с помощью фокусирующей линзы 15, перемещаемой с помощью привода 16, управляемого от электронного блока связи, преобразования и управления 4 по специальному закону, учитывающему изменение внешних факторов, отрицательно влияющих на работу тепловизионного канала 7, а также учитывающую дальность до цели. Для корректировки качества изображения предназначена также рассеивающая линза 17, перемещаемая приводом 18 по команде от электронного блока связи, преобразования и управления 4 и периодически кратковременно вбрасываемая в оптический тракт тепловизионного канала для улучшения качества тепловизионного изображения. Другая часть оптического сигнала, отраженная от спектроделительной пластины 6 и далее от зеркала 8, через телевизионный канал 9, в котором последовательно проходит через высокоразрешающий телевизионный объектив 20, светоделительную призму 21 и поступает в телевизионный матричный фотоприемник 22, формирующий телевизионное изображение целей для передачи через электронный блок связи, преобразования и управления 4 в систему управления вооружением. Высокое качество телевизионного изображения обеспечивается высокой точностью стабилизации поля зрения гиростабилизатором 3, управляющего подвижным зеркалом 2, высокими характеристиками телевизионного объектива 20 и применением в телевизионной камере матричного фотоприемника 22. Электронный блок связи, преобразования и управления 4 передает в систему управления вооружением сигналы рассогласования между оптической осью системы и направлением на видимую и ИК цель, формируемые телевизионным 9 и тепловизионным 7 каналами системы.

В режиме целеуказания и дальнометрирования передающий лазерный канал 11 формирует лазерное излучение, которое последовательно отразившись от зеркала 8, спектроделительной пластины 6, блока зеркал 5 и подвижного зеркала 2 излучается в пространство. Отраженный от цели сигнал лазера через защитное стекло 1 поступает на подвижное зеркало 2, отразившись от которого, а также отразившись последовательно от блока зеркал 5, спектроделительной пластины 6 и зеркала 8 поступает в высокоразрешающий телевизионный объектив 20. Пройдя телевизионный объектив 20, сигнал попадает в светоделительную призму 21, внутри которой отражается от грани и поступает в лазерный приемный канал 10.

Таким образом, достигнут технический результат, а именно, обеспечена работа не только с инфракрасными целями, но и с целями, которые можно обнаружить только в видимом диапазоне, за счет достижения высокой разрешающей способности система позволяет не только обнаруживать цели, но и распознавать их в мелких деталях. Канал лазерного дальнометрирования выполняет двойную функцию - для измерения дальности до цели и в качестве лазерного подсветчика. Применение в тепловизионном канале фокусирующей и рассеивающей линз, перемещаемых с помощью приводов по заданному закону, обеспечивает высокое качество тепловизионного изображения в широком диапазоне внешних воздействующих факторов и при различных дальностях до цели, повышение технологичности достигается за счет выполнения каждого из каналов в виде конструктивно-самостоятельных модулей, что облегчает процесс сборки, настройки и юстировки изделий. Уменьшение габаритов лазерного канала дальнометрирования, происходит за счет совмещения с телевизионным каналом и применения общего для этих каналов объектива.

Изобретение относится к приборостроению, например к авиастроению, в частности к оптико-электронным приборам, предназначенным для поиска видимых и теплоизлучающих объектов и их сопровождения в сочетании с целеуказателем-дальномером, используемым для обеспечения целеуказания оружию и решения прицельных задач. Заявленная оптико-электронная система поиска и сопровождения цели содержит подвижное зеркало, кинематически связанное с гиростабилизатором, спектроделитель, тепловизионный и телевизионный каналы, формирующие сигнал рассогласования между оптической осью системы и направлением на видимую или ИК цель, передающий и приемный лазерные каналы. Сканирование местности при поиске цели осуществляется с помощью поворотного зеркала, которое управляется гиростабилизатором и может перемещаться в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В режиме обзора местности поворотным зеркалом управляет оператор через электронный блок связи, преобразования и управления. При автоматическом сопровождении цели, гиростабилизатор управляет подвижным зеркалом по сигналу, вырабатываемому электронным блоком связи, преобразования и управления, который формируется в результате обработки информации, поступающей от гиростабилизатора, тепловизионного, телевизионного каналов и канала лазерного дальнометрирования. Сигналы, пропорциональные текущим углам поворотного зеркала, передаются в электронный блок связи, преобразования и управления, который осуществляет связь оптико-электронной системы поиска и сопровождения цели с системой управления вооружением. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 1 ил.

Оптико-электронная система поиска и сопровождения цели, содержащая подвижное зеркало, выполненное с возможностью перемещения по двум взаимно перпендикулярным осям с помощью устройства управления поворотным зеркалом, спектроделитель, расположенный за подвижным зеркалом, ИК канал, формирующий сигнал рассогласования между оптической осью ИК канала и направлением на цель, расположенный в проходящих лучах спектроделителя и состоящий по ходу луча из ИК объектива с коррегирующими линзами и ИК приемника излучения, а лазерные передающий и приемный каналы расположены в отраженных лучах спектроделителя, причем выход лазерного приемного канала связан с блоком обработки сигнала дальнометрирования, который в свою очередь связан с соответствующим входом блока управления, выход ИК приемника излучения и выходы устройства управления поворотным зеркалом подключены к блоку управления, соответствующие выходы которого подключены к устройству управления поворотным зеркалом и к входу лазерного передающего канала, отличающаяся тем, что устройство управления подвижным зеркалом выполнено в виде гиростабилизатора, блок управления выполнен в виде электронного блока связи, преобразования и управления, в ИК канале ИК приемник излучения построен на основе матричного фотоприемника, ИК объектив выполнен из блока линз с высокой степенью разрешения, в котором коррегирующие линзы выполнены в виде фокусирующей и рассеивающей линз, расположенные по ходу луча за блоком линз и выполненные со своими приводами, при этом входы приводов подключены к соответствующим входам электронного блока связи, преобразования и управления, а выход лазерного передающего канала напрямую связан со спектроделителем, кроме того, в систему добавлен телевизионный канал, формирующий сигнал рассогласования между оптической осью телевизионного канала и направлением на цель, расположенный в отраженных лучах спектроделителя и выполненный по ходу луча в виде высокоразрешающего телевизионного объектива, светоделительной призмы и фотоприемного устройства, выполненного в виде матричного фотоприемника, расположенного в проходящих лучах светоделительной призмы, а в отраженных лучах светоделительной призмы расположен лазерный приемный канал, причем телевизионный объектив выполнен общим как для телевизионного канала, так и для лазерного приемного канала, кроме того, выход телевизионного матричного фотоприемника телевизионного канала подключен к соответствующему входу электронного блока связи, преобразования и управления, а сам электронный блок связи, преобразования и управления выполнен с информационным входом и выходом к системе управления вооружением.