Способ определения координат стреляющих артиллерийских систем и разрывов снарядов звукометрическим комплексом Российский патент 2019 года по МПК G01S3/80 

Изобретение относится к способам, реализуемым в артиллерийских звукометрических комплексах с целью определения прямоугольных координат точки стояния стреляющих артиллерийских систем или точки разрывов артиллерийских снарядов и мин.

В Великую Отечественную войну звуковая разведка широко применялась в интересах артиллерии. На вооружении звукометрических подразделений находилась станция СЧЗМ-36. С июля 1943 г. по апрель 1945 г. до 90% всех батарей противника, разведанных различными средствами артиллерийской разведки, приходится на долю звуковой разведки.

В современных условиях звуковая разведка не утратила своего значения.

Принцип работы звуковой разведки основан на регистрации звуковых сигналов, возникающих во время выстрела и разрыва снарядов с помощью нескольких микрофонов и вычисление положения координат цели после обнаружения звуковой волны.

Для ведения боевой работы подразделения звуковой разведки занимают боевой порядок, который состоит из 3-х звуковых постов: поста предупреждения, центрального пункта, метеорологического поста и места расположения автотранспорта.

Каждый звуковой пост состоит из трех звукоприемников, два из которых составляют акустическую базу. Центр акустической базы привязан, координаты которого известны, известны и расстояния от него до звукоприемников. Каждый звукоприемник регистрирует время прохождения звуковой волны через него.

Как минимум с двух акустических баз определяются направления на источник звука. Если из центров акустических баз, координаты которых известны, отложить на карте (или планшете) направление на источник звука, то точка пересечения и будет точкой нахождения данного источника звука (звучащей цели).

В современной звукометрии известен и широко применяется способ определения координат, суть которого в следующем.

Для определения координат стреляющего орудия или точки разрыва снаряда разворачиваются две (или три) акустические базы, на краях которых устанавливают звукоприемники (ЗВП) и определяют их координаты (x₁, y₁) и (x₂, y₂). Определяется дирекционный угол директрисы акустической базы β₁ - угол между основным направлением (направление на Север) и перпендикуляром к середине акустической базы. Перечисленное и составляет последовательность и перечень подготовительных мероприятий.

Схема определения направления на источник звука (ИЗ) с одной акустической базы представлена на фиг. 1.

Звуковая волна, как упругое возмущение среды, начинает формироваться в момент выстрела (или разрыва). Фронт волны сферический.

Однако делают допущение, что фронт волны плоский. Тогда, применительно к фиг. 1, звуковая волна первой будет принята ЗВП₂ в момент t₂, в момент t₁ примет звуковой сигнал ЗВП. За время (t₁-t₂) звуковой сигнал пройдет отрезок (разность хода) А₁₂ равный

где С_зв - скорость звука.

Из геометрии построения угол (Д₁, О₁, ИЗ) и угол (ЗВП₁, ЗВП₂, R) равны между собой и равны α₁

При этом дирекционный угол источника звука

Аналогично для второй акустической базы

В обоих случаях линии (O₁ - ИЗ) и (O₂ - ИЗ) являются линиями положения дирекционных углов γ₁ и γ₂, на пересечении которых находится источник звука с координатами (x_из, y_из), - фиг. 2.

Если обозначить координаты точек O₁ и O₂, как (x₁, y₁) и (x₂, y₂), то координаты (x_из, y_из) вычисляются по зависимостям:

где γ₁, и γ₂ - дирекционные углы,

X₁, X₂, Y₂, Y₁ - координаты.

Приведенные зависимости отражают факт того, что способ определения координат источника звука является угломерным. Зависимости называют также зависимостями сопряженного наблюдения.

Подготовительные мероприятия сопровождаются ошибками:

- определения координат звукоприемников;

- определения дирекционных углов директрис акустических баз;

- предположения, что фронт звуковой волны плоский.

Непосредственно, в ходе определения координат, присутствуют ошибки:

- определения моментов времени прихода звукового сигнала;

- вычисления углов между директрисами акустических баз и направлением на источник звука;

- оценки скорости звуковой волны.

Данный способ определения координат источника звука реализован во всех отечественных комплексах (станциях), начиная с первого образца звукометрической разведывательной системы (ЗРС) 1909 года.

Указанный способ также заложен в основу работы стоящих в настоящее время на вооружении в ВС РФ автоматизированных звукометрических комплексов (АЗК) (например, АЗК-5, АЗК-7) [1, 2].

Достоинством звуковой разведки является пассивный режим обнаружения целей (станция ничего не излучает), автоматическое всепогодное круглосуточное обнаружение, круговой сектор обнаружения и др.

При этом возможность ведения артиллерийской звуковой разведки определяется акустическими характеристиками разведываемых объектов, физическими свойствами звукопроводящей среды, характеристиками используемой звукометрической аппаратуры, методами и средствами обработки информации и др.

Существенное влияние на запуск процесса работы станции оказывает передовой наблюдатель поста предупреждения, который находится вблизи противника, а также то, что вычисление координат целей осуществляется по заявке. По разности времен прихода звуковой волны к звукоприемникам одной акустической базы определяется направление на звучащую цель из центра этой базы. При наличии 2…3-х акустических баз определяется положение звучащей цели с использованием параметров косоугольного треугольника.

Исключение или хотя бы уменьшение влияния отрицательных факторов на боевые возможности звуковой разведки является и в настоящее время острой проблемой.

Предлагаемый способ определения координат звуковой разведки базируется на разработанном авторами алгоритме аналитического решения системы разностно-дальномерных уравнений.

Цель изобретения - разработка способа определения координат стреляющих орудий и разрывов снарядов, отличающегося от известных повышенной точностью и уменьшением объема средств аппаратурной реализации.

Поставленная цель достигается путем существенного уменьшения числа составляющих ошибок при определении координат объекта звуковой разведки звукометрическими комплексами, функционирующими на основе разработанного способа.

При использовании предлагаемого способа, суммарная ошибка определения координат ОЗР зависит от трех составляющих:

- ошибок определения координат звукоприемников;

- ошибок определения моментов времени прихода звукового сигнала;

- ошибок определения скорости звуковой волны.

Схема определения координат источника звука при использовании предлагаемого способа представлена на фиг. 3.

Рассмотрим последовательность преобразований разностно-дальномерной системы для получения выражений по определению координат источника звука.

Применение (реализация) предлагаемого способа определения координат объекта звуковой разведки позволит:

а) повысить точность определения координат источника звука, что достигается:

исключением в исходных данных (и их ошибках) дирекционного угла директрис акустических баз;

определением каждой координаты источника звука как полусуммы координат определенных в двух вариантах;

принятием фронта волны - сферическим, что позволяет исключить ошибки в определении угла от директрисы акустической базы на источник звука;

частичной компенсацией возмущающих факторов, от которых зависит скорость распространения звука, при нахождении разности дальностей;

применением алгоритма, предполагающего, что возможен учет высот стреляющих артиллерийских систем и расположения звукоприемников.

б) сократить количество машин в составе звукометрического комплекса до одной аппаратной машины с тремя ЗП.

Таким образом, занятие боевого порядка будет сводиться к следующей последовательности:

разворачивается аппаратная машина;

выставляются и привязываются три ЗП (ЗП-1 в центре); прокладываются линии связи от аппаратной машины к ЗП.

При этом, собственно определение координат источника звука x и у будет осуществляться в таком порядке:

- при поступлении от источника звука к ЗП сигнала, превышающего по величине установленное значение порогового уровня, фиксируется на шкале времени;

- ноль шкалы времени формирует сигнал от любого звукоприемника, пришедший первым;

- независимо от порядкового номера вычисления разности дальностей (правые части уравнений (1) и (2)) вычисляют по зависимостям фиг. 4:

где С_зв - скорость звука;

t₁, t₂, t₃ - время;

- по представленному в описании аналитическому решению по зависимостям (5 и 7) и (6 и 8) вычисляют две координаты "x_из" и две координаты "y_из", за истинное значение координат источника звука принимают их полусумму.

Предлагаемый способ позволяет автоматизировать процесс обработки определения координат стреляющих орудий (разрывов боеприпасов) и акустической пеленгации выстрелов стрелкового оружия и создать автоматизированный переносной комплекс акустической разведки и поражения точек противника, в том числе для работы в движении - на наземном транспорте, на борту вертолета.

Общий список чертежей:

- фиг. 1. Схема определения направления на источник звука с одной акустической базы;

фиг. 2. Схема определения координат источника звука при использовании способа - прототипа;

- фиг. 3. Схема определения координат источника звука при использовании предлагаемого способа;

фиг. 4. Иллюстрация временных положений сигналов от звукоприемников и вычисления разности времени.

Источники информации

1. Пархоменко, А.В. и др. Построение и устройство современных звукометрических систем и комплексов. / А.В. Пархоменко, А.Г. Дмитриенко, А.В. Блинов, В.В. Шмелев; под общ. ред. А.В. Пархоменко: монография. - Пенза: ПАИИ; 2013. - 518 с: ил.

2. Пархоменко, А.В. и др. Теоретические основы построения и устройство навигационных приборов и звукометрических комплексов. Навигационная аппаратура. [Учебн. пособие]:/ Пархоменко А.В., Рыбаков А.Н., Бестужев Л.В., Шишков С.В. /. - Пенза: АИИ, 2006. - 365.: ил.

Изобретение относится к акустике, в частности, к способам определения прямоугольных координат источника звука. Способ определения координат стреляющих артиллерийских систем и разрывов снарядов звукометрическим комплексом, основанный на установке звукоприемников в точках с подготовленными координатами. Сигналы от звукоприемников подают на шкалу времени, ноль которой формируют первым пришедшим сигналом, разности дальностей определяют как произведение скорости звука на временной интервал между моментами прихода сигналов: первым и вторым, первым и третьим звукоприемниками, по зависимостям А₁₂=С_зв⋅(t₁-t₂) и x_из=(y_из-Y₁)ctgγ₁, A₁₃=C_зв⋅(t₁-t₃) и y_из=(Y₂ctgγ₂-Y₁ctgy₁+X₁-X₂)/ctgγ₂ аналитического определения координат источника звуковой волны вычисляют две координаты "х_из" и две координаты "y_из", где γ₁, γ₂ - дирекционные углы, Х₁, Х₂, Y₂, Y₁ - координаты, С_зв - скорость звука, t₁, t₂, t₃ - время, за истинное значение координат источника звука принимают их полусумму. Технический результат – повышение точности определения координат источника звука. 4 ил.

Способ определения координат стреляющих артиллерийских систем и разрывов снарядов звукометрическим комплексом, основанный на установке звукоприемников в точках с подготовленными координатами, отличающийся тем, что сигналы от звукоприемников подают на шкалу времени, ноль которой формируют первым пришедшим сигналом, разности дальностей определяют как произведение скорости звука на временной интервал между моментами прихода сигналов: первым и вторым, первым и третьим звукоприемниками, по зависимостям А₁₂=С_зв⋅(t₁-t₂) и x_из=(y_из-Y₁)ctgγ₁, A₁₃=C_зв⋅(t₁-t₃) и y_из=(Y₂ctgγ₂-Y₁ctgy₁+X₁-X₂)/ctgγ₂ аналитического определения координат источника звуковой волны вычисляют две координаты "х_из" и две координаты "y_из", где γ₁, γ₂ - дирекционные углы, Х₁, Х₂, Y₂, Y₁ - координаты, С_зв - скорость звука, t₁, t₂, t₃ - время, за истинное значение координат источника звука принимают их полусумму.