СПОСОБ ВНУТРЕННЕГО ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ С ИНДИКАЦИЕЙ ЦЕЛЕЙ ДЛЯ ОБРАЗЦОВ БРОНЕТАНКОВОГО ВООРУЖЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК F41G3/00 

Изобретение относится к области бронетанкового вооружения и может быть использовано для автоматизации процессов проведения внутреннего (от командира наводчику) целеуказания и индикации целей и важных объектов на танках, боевых машинах пехоты и десанта, бронетранспортерах, артиллерийских системах и т.п. Изобретение рассчитано прежде всего на современные образцы бронетанкового вооружения (ОБТВ) с системами управления огнем (СУО), оснащенными электронно-вычислительными машинами и прицелами с цифровыми оптико-электронными каналами.

Модернизация и разработка новых ОБТВ неминуемо связаны с появлением новых, более совершенных, развитых, высокоавтоматизированных СУО, эффективность которых определяется в том числе и тем, сколько времени тратится на разведку, обнаружение целей и подготовку выстрелов. В свою очередь время на данные этапы подготовки к огневому воздействию в значительной степени определяется применяемым способом целеуказания.

Различают способы внутреннего и внешнего целеуказания. Под способами внутреннего целеуказания (ВнЦУ) понимается процессы получения, обработки и передачи информации о целях и важных объектах в системе «обнаруживший-стреляющий», когда обнаруживший и стреляющий являются членами одного экипажа. Способы внешнего целеуказания наоборот характеризуются тем, что информация о целях и важных объектах поступает извне, от другого ОБТВ, например, командирской бронемашины (БМ), а также системы разведки, системы управления звеном и т.д., и т.п.

В настоящее время существующими способами ВнЦУ, применяемыми на ОБТВ, являются «ориентирный», «полуавтоматический» и «автоматический» способы.

Сущность «ориентирного» способа заключается в определении направления на цель или важный объект командиром для наводчика относительно корпуса БМ («Огневая подготовка мотострелковых подразделений» г. Москва, МО РФ, ГУ БП СВ; «Учебник сержанта ВДВ», кн. 2, стр. 515-525). При этом направление на цель или важный объект задают от хорошо заметных ориентиров на местности, по часам, а также от направления движения БМ (например, по азимутальному указателю) и т.п. Как правило для осуществления данного способа команды целеуказания передают голосом или по радиоканалу.

Недостатками «ориентирного» способа ВЦУ являются:

низкая пропускная способность в связи с подачей команд голосом;

зависимость временных затрат на прием целеуказания от обученности и выучки экипажа БМ;

необходимость после проведения ВнЦУ командиром БМ на каждую цель или важный объект осуществления их визуального поиска, обнаружения в поле зрения прицела наводчиком и наведения вооружения.

На сегодня практически на всех отечественных ОБТВ применяется «полуавтоматический» способ ВнЦУ (Автоматические системы управления вооружением: учебник /В.А. Галаган, В.П. Пивоваров, Г.А. Аппинг, С.А. Тишин, К.В. Кайков. - Омск: ОТИИ, 2008. с. 214-218), который выбран в качестве аналога к изобретению. Сущность данного способа заключается в наведении командиром БМ центральной прицельной марки (ЦПМ) своего прицела на цель и подачей сигнала на целеуказание, при этом командирская башенка (люк) стопорится на корпус танка, а на привод горизонтального наведения подается сигнал наведения. За окончание ВнЦУ принимается момент прекращения подачи командиром сигнала на целеуказание, или момент срабатывания датчика согласования, означающий, что башня танка развернулась в сторону цели до согласования линии визирования наводчика с направлением на цель, указанным командиром. После этого управление башней снова передается наводчику, а командир БМ может далее продолжать разведку поля боя.

Недостатки «полуавтоматического» способа ВнЦУ заключаются в следующем:

в данном способе не учтен параллакс между прицелами командира и наводчика, из-за чего наводчику необходимо в ручном режиме «донаводить» ЦПМ своего прицела на цель в горизонтальной плоскости;

целеуказание проводится только в горизонтальной плоскости, в вертикальной плоскости наводчик наводит ЦПМ на цель в ручном режиме;

при целеуказании данным способом предусмотрено стопорении командирской башенки (люка) на корпус БМ, что снижает точность целеуказания при малоскоростном маневрировании БМ, а при интенсивном маневрировании делает целеуказание вовсе невозможным.

В качестве прототипа выбран «автоматический» способ ВнЦУ. Данный способ основывается на применении автомата сопровождения целей (АСЦ). На сегодняшний день этот способ более известен в качестве реализация режима «охотник-стрелок» на современных ОБТВ (Патент RU 136148 U1, F41G 5/06, 2013 г.). Сущность его заключается в том, что после обнаружения и распознавания цели 10 командир наводит на нее ЦПМ 9 своего прицела 4 и подает команды на целеуказание и на захват цели в АСЦ. При этом на приводы башни 6 ОБТВ подается сигнал наведения, и она начинает вращаться в сторону командирского прицела 4. А сам командирский прицел 4 поворачивается относительно вращающейся башни 6 под действием сигналов с АСЦ, удерживая свою ЦПМ 9 на находящейся в рамке захвата 3 цели 10 (фиг. 1). По сигналу с датчика наведения, т.е. в момент согласования действующей оси канал ствола с направлением на цель 10, указанным командиром (фиг. 2), АСЦ переключается на прицел наводчика, продолжая ее автосопровождение (фиг. 3). Тем самым обеспечивается точное наведение ЦПМ 8 прицела наводчика на указанную цель 10 (фиг. 4). После чего целеуказание считается завершенным, командир БМ может далее проводить разведку поля боя.

Применение АСЦ в данном способе ВнЦУ позволило нивелировать практически все недостатки аналога, но вместе с тем:

- данный способ не может быть применен на ОБТВ, на которых не установлен АСЦ, а также при неисправном АСЦ или в случаях, когда АСЦ не может выполнять задачу по захвату цели и ее автоматическому сопровождению, например, из-за ее малой контрастности, ниже минимальной пороговой для надежного ее захвата;

- при поступлении командиру целеуказания в виде координат целей от другого ОБТВ, например, командирской БМ, системы разведки, системы управления звеном и т.д., и т.п., командир должен сначала осуществить визуальный поиск, обнаружение и распознавание этих целей, а только затем проводить ВнЦУ наводчику.

Таким образом заявленное изобретение направлено на решение следующих задач:

1. Обеспечение технической возможности реализации режима «автоматического» ВнЦУ на ОБТВ не имеющих в своем составе АСЦ.

Техническим результатом в данном случае является расширение перечня ОБТВ, на которых возможна реализация автоматического ВнЦУ.

2. Реализация режима «автоматического» ВнЦУ на ОБТВ, оснащенных АСЦ в случаях выхода АСЦ из строя, или при обнаружении целей или объектов, контраст которых (тепловой или визуальный) не позволяет их надежно захватывать на автосопровождение.

В этом случае техническим результатом является повышение надежности СУО ОБТВ в целом.

3. Обеспечение для командира ОБТВ возможности проведения целеуказания по целям, поступившим по каналу системы управления боем (в виде типов и координат целей во внешней системе координат) в автоматическом режиме без проведения командиром БМ их визуального поиска, обнаружения и распознавания.

Техническим результатом при выполнении данной задачи является сокращение времени для командира ОБТВ на проведение процедур приема цели (от другого ОБТВ, например, командирской БМ, системы разведки, системы управления боем и т.д., и т.п.) и передачи ее наводчику.

Решение данных задач определяется тем, что порядок передачи цели от командира наводчику реализуется за счет непосредственного вычисления положения цели на изображении наводчика по данным с прицела командира и датчиков ОБТВ. Данные вычисления основаны на описании текущего взаимного пространственного и углового положений оптико-электронных систем (ОЭС) прицелов командира и наводчика в системе координат ОБТВ в том числе и описания положения системы координат ОБТВ во внешней (мировой) системе координат.

Прицелы современных ОБТВ как правило имеют ОЭС, предназначенные для преобразования невидимого для человеческого глаза излучения в электрический сигнал, на основании которого затем формируется видимое для оператора изображение. На сегодняшний день в составе прицелов ОБТВ наиболее распространены тепловизионные ОЭС (тепловизоры), также активно применяются приборы ночного видения, телевизионные камеры и пр.

При этом независимо от спектрального диапазона, в котором работает прицел, любая его ОЭС имеет объектив, предназначенный для формирования резкого изображения и фотоприемное устройство (ФПУ) для преобразования излучения в электрический сигнал. В современном исполнении роль ФПУ как правило выполняют фото-матрицы, например, ПЗС, ПЗИ, болометрические и т.п. Это позволяет ОЭС любого прицела рассматривать как видеокамеру j-го прицела, где j - индекс, указывающий на принадлежность к соответствующему прицелу, например, j=ПК для прицела командира (ПК), j=ПН для прицела наводчика (ПН) или j=ПДН для прицела-дублера наводчика (ПДН) и т.п., в которой получаемое с нее цифровое изображение может быть отождествлено с реальным физическим изображением, сфокусированным ее объективом в задней фокальной плоскости на ФПУ.

Цифровые изображения, получаемые с камер прицелов, состоят из пикселей. Каждый пиксель характеризуется значением, которое состоит из полутонового значения или цветового значения. В полутоновых изображениях значение пикселя представляет собой одну величину, которая характеризует яркость пикселя. Наиболее общим форматом описания пикселя является байт изображения, в котором значение пикселя представлено восьмиразрядным целым числом, лежащим в диапазоне возможных значений от 0 до 255. Как правило, значение пикселя, равное нулю, используют для обозначения черного пикселя, а значение 255 используют для обозначения белого пикселя. Промежуточные значения описывают различные оттенки полутонов. В цветных изображениях для описания каждого пикселя (расположенного в цветовом пространстве размерности RGB - красный, зеленый, синий) должны быть отдельно определены красная, зеленая и синяя компоненты. Иными словами, значение пикселя фактически представляет собой вектор, описанный тремя числами. Три различные компоненты могут быть сохранены как три отдельных полутоновых изображения, известные как цветовые плоскости (по одной для красного, зеленого и синего цветов), которые можно воссоединять при отображении или при обработке.

Прицелы, применяемые на ОБТВ, как правило, применяются модульной или перископической конструкции.

В прицелах модульной конструкции камера располагается в надброневом пространстве БМ в головном блоке прицела. Изменение поля зрения, а также стабилизация в них реализуется за счет приводов самой камеры или всего блока целиком.

Классическая конструкция перископического прицела с ОЭС предполагает размещение камеры таким образом, чтобы оптическая ось ее объектива была направлена снизу-вверх на качающееся головное зеркало прицела. Головное зеркало располагается внутри головного блока прицела в надброневом пространстве. Камера располагается под углом (как правило 45°) к плоскости зеркала в заброневом пространстве образца вооружения.

СК 11 БМ связана с центром вращения башни 6 ОБТВ в плоскости ее погона (Фиг. 5). Ось направлена вдоль корпуса, ось - вертикально вверх, а ось - в сторону левого бронелиста. В результате плоскость должна быть параллельна горизонтальной плоскости корпуса 7 БМ.

Положение и ориентация СК 11 БМ во внешней (мировой) СК 12 может быть определено матрицей положения , содержащей в свою очередь матрицу поворота и вектор переноса . При этом координаты вектора переноса задаются по данным с навигационной системы и определяют положения начала СК БМ, а для определения ориентации осей СК БМ используют данные с датчика ориентации и датчиков курса, крена и тангажа БМ. При этом датчик курса даст сигнал с углом , а датчик ориентации - с углом , сумма которых определит текущую ориентацию оси относительно направления на север, датчик крена - сигнал по ориентации оси (угол а датчик крена - сигнал по ориентации оси (угол ) в СК 12. Причем последовательность вычисления матрицы ориентации должна определяться размещением датчиков курса, крена и тангажа, например, в заявленном способе принято, что пространственные углы задаются в следующей последовательности .

Положение каждого прицела относительно ОБТВ описано соответствующими матрицами положения , определяющими положение и ориентацию СК основании j-ых прицелов относительно СК БМ .

Под СК j-го прицела (Фиг. 6, Фиг. 7), понимается СК жестко связанная с его основанием, которым прицел закрепляется на ОБТВ.

Например, на фиг. 5 СК ПК соответствует СК 14, а СК ПН - СК 13.

Для описания положения камеры в j-ом прицеле может применена матрица положения (эвклидово преобразование)

, (1)

где - матрица поворота размерностью 3×3, рассчитываемая по количеству пространственных поворотов СК камеры относительно СК основания j-го прицела;

- вектор переноса, содержащий трехмерные координаты начала СК камеры относительно СК основания j-го прицела.

Под СК камеры понимается СК начало которой располагается в оптическом центре объектива камеры, ось которой направлена вдоль оптической оси объектива, ось - вдоль строк, а ось - вдоль столбцов ФПУ, при этом плоскость должна быть параллельна плоскостям размещения ФПУ и цифрового изображения.

Размеры пикселей цифровых изображений (Фиг. 6, 7) принимают равными в соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях физическим размерам и фотоячеек (пикселей) ФПУ камер j-ых прицелов, при этом значения и задают из технических данных ФПУ камеры, или определяют в процессе ее внутренней калибровки. Изображения принимают размещенными на фокусных расстояниях f_j объективов (соответственно, в положительных направлениях осей СК этих камер), при этом значение f_j задают из технических данных объектива, применяемой камеры, или определяют в процессе ее внутренней калибровки. Геометрические размеры изображения и его горизонтальное N_j и вертикальное M_j разрешение, приравниваемое к размерам ФПУ, задают из технических данных используемого ФПУ или определяют в результате внутренней калибровки камер.

В случае допущения погрешностей при производстве ОЭС прицела, при которых ФПУ может своим геометрическим центром не совпадать с оптической осью объектива камеры (Фиг. 2), различают следующие величины , - это расстояния, соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях, между геометрическими центрами ФПУ и центром изображения формируемого объективом камеры j-го прицела, при этом значения и задают из технических данных камеры, или определяют в процессе ее внутренней калибровки.

Например, на фиг. 6 и 7 СК камеры ПК соответствует СК 15, а СК камеры ПН - СК 16, в которых указанным порядком размещены изображение 1 ПН и изображение 2 ПК.

Если в поле зрения камеры j-го прицела находится объект 10 (Фиг. 6, 7), то на цифровых изображениях 1 и 2, соответственно, ПН и ПК изображению этого объекта будет соответствовать пиксель, положение которого на изображениях 1 и 2 в свою очередь будет характеризоваться номерами строк и столбцов в пиксельных СК ФПУ.

В целом значения и определяются из технической документации на прицелы и по значениям датчиков поворота. Но при этом порядок расчета данных коэффициентов будет определяться еще и конструктивным исполнением прицела.

Обрабатывающая система, являющаяся, например, удаленным компьютером, таким как ноутбук или персональный компьютер (рабочая станция), должна обеспечивать выбор пользователем изображений и/или ввод команд обработки, прием изображений с камер (ОЭС) прицелов, дальнейшую их автоматическую обработку с вычислением положения графических маркеров в полях зрения прицелов, а также выработку соответствующих сигналов наведения для каналов вертикального и горизонтального наведения (ВН и ГН) стабилизатора вооружения и сигналов управления для наведения ЦПМ прицелов на цель. Кроме этого она должна обеспечивать прием и обработку сигналов с навигационной системы, датчиков углов прицелов, датчиков курса, крена, тангажа, и датчика ориентации, а также прием сигналов с информацией о координатах целей от приемно-передающею аппаратуру.

Обрабатывающая система может быть выполнена как отдельное (съемное) оборудование для ВнЦУ, а также может быть встроена в СУО или комплекс вооружения и являться, например, частью прицельно-наблюдательного комплекса СУО ОБТВ. Обрабатывающая система должна содержать исполняемые модули или команды с возможностью выполнения по меньшей мере одним процессором, память для хранения данных, пользовательский интерфейс, содержащий один несколько дисплеев, таких как жидкокристаллические мониторы для просмотра видеоданных и устройство управления и ввода данных, такое как клавиатура или указательное устройство (например, манипулятор типа «мышь», шаровой указатель, стилус, сенсорная панель или другое устройство), для обеспечения взаимодействия пользователя (оператора) с видеоданными. В качестве дисплеев также могут использоваться ВСУ прицела ОБТВ. Введение наведения управления с обрабатывающей системы в приводы ВН и ГН стабилизатора вооружения СУО может быть реализовано путем подачи этих сигналов в блок управления стабилизатора вооружения или непосредственно в цепи пультов управления наводчика или командира в режиме дублирования.

Сущность изобретения поясняется чертежами, которые не охватывают и тем более не ограничивают весь объем притязаний данного изобретения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения, на которых:

на фиг. 1, 2, 3, 4 иллюстрируются этапы выполнения «автоматического» способа ВнЦУ, выбранного в качестве прототипа;

на фиг. 5 иллюстрируется взаимосвязь и вариант размещения СК j-ых прицелов с СК БМ и внешней (мировой) СК, в которой определены координаты цели;

на фиг. 6 и 7 показано взаимное положение СК камер, соответственно, ПК и ПН относительно их оснований, показано размещение снимаемых с камер цифровых изображений, а также иллюстрируются взаимосвязи между положением объекта в СК камер и их цифровыми изображениями в пиксельных СК изображений.

Осуществляют заявленный способ следующим образом.

Принимают с камер (ОЭС) ПК и ПН цифровые изображения 2 и 1 (фиг. 6, 7).

Принимают с навигационной системы БМ данные, содержащие трехмерные координаты (, , ) начала СК 11 БМ во внешней (мировой) СК 12 (фиг. 5)

С датчика ориентации принимают данные (угол ) об ориентации оси СК 11 БМ относительно направления на север. В случае отсутствия или неисправности датчика ориентации угол определяют по результатам построения (экстраполяции) траектории движения СК 11 БМ по времени.

С датчиков курса, тангажа и крена БМ принимают данные, содержащие значения углов (соответственно, , и ) ориентации осей СК 11 относительно осей внешней (мировой) СК 12.

С датчиков прицелов принимают данные о действующих значениях фокусных расстояний f_j объективов камер j-ых прицелов БМ, данных датчиков угла об ориентации головных блоков прицелов (если прицелы имеют модульную конструкцию) или рам головных зеркал (если прицелы имеют перископическую конструкцию) в горизонтальной плоскости и данные об ориентации головных блоков прицелов с камерами (если они имеют модульную конструкцию) или головных зеркал (если прицелы имеют перископическую конструкцию) в вертикальной плоскости

Из памяти обрабатывающей системы принимают данные о внутренних параметрах камер прицелов, а именно значения горизонтальных и вертикальных разрешений фотоприемных устройств в горизонтальной N_j и вертикальной M_j плоскостях, расстояние между геометрическим центрами фотоприемных устройств и центрами изображений, формируемых объективами камер j-ых прицелов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, физические размеры фотоячеек (пикселей) фотоприемных устройств камер прицелов соответственно, в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также данные о положениях и ориентациях СК оснований прицелов относительно СК БМ, и данные о координатах положения камеры и вспомогательных (дополнительных, промежуточных) СК j-ых прицелов.

На основе полученных данных вычисляют матрицы внутренних параметров камер прицелов

(2)

Кроме этого принимают из памяти обрабатывающей системы данные о положении ЦПМ 8 и 9 на изображениях 1 и 2, соответственно, ПН и ПК, согласно которых записывают векторы:

, (3)

где , - номер столбца и номер строки положения ЦПМ 8 и 9 на изображениях 1 и 2 j-ых прицелов.

Для камер (ОЭС) j-ых прицелов рассчитывают матрицы положения , определяющие текущее (в реальном масштабе времени) положение и ориентацию СК камер j-ых прицелов относительно СК их оснований.

Например, (фиг. 6, 7) для ПК вычисляется матрица , определяющая положение и ориентацию СК 15 в СК 14, а для ПН - матрица , определяющая в свою очередь положение и ориентацию СК 16 в СК 13.

В общем случае матрица положения может быть рассчитана как произведение матриц где q - количество промежуточных матриц, определяемое конструкцией прицела, а каждая промежуточная матрица

(4)

содержит матрицу поворота и (или) вектор переноса определяющие положения и ориентацию промежуточных (зависимых) СК элементов j-го прицела, в своей совокупности задающих положение и ориентацию СК камеры j-го прицела относительно СК его основания.

При этом для вычисления всех коэффициентов матриц (в зависимости от конструкции прицела), используют данные с датчиков ориентации головного модуля или головного зеркала прицела, а также координат и ориентации СК камеры в прицеле относительно СК основания прицела или его ГЗ. Так, например, если прицел имеет модульную конструкцию, предусматривающую неподвижное размещение камеры внутри головного блока прицела размещенного в свою очередь на кардановых подвесах и стабилизированного в двух плоскостях с углами прокачки в вертикальной и горизонтальной плоскости, соответственно и , тогда

, (5)

где - матрица положения, определяющая переход от СК основания j-го прицела к промежуточной СК1 О_К1X_К1Y_К1Z _К1, находящейся в головном блоке прицела, на оси О_К1X_К1 которой находится камера, и эта же ось совпадает с осью вращения (прокачки) в вертикальной плоскости головного блока, а ось О_К1Y_К1 совпадает с осью вращения головного блока прицела в горизонтальной плоскости;

, , - трехмерные координаты промежуточной СК О_К1X_К1Y_К1Z_К1 относительно СК основания прицела;

- матрица положения, позволяющая развернуть промежуточную СК1 О_К1X_К1Y_К1Z_К1 на угол поворота головного блока прицела в вертикальной плоскости и перейти к СК камеры прицела;

, , - трехмерные координаты СК камеры относительно промежуточной СК О_К1X_К1Y_К1Z_К1 прицела;

- матрица положения, позволяющая развернуть СК камеры прицела на угол поворота головного блока прицела в горизонтальной плоскости.

Если прицел имеет перископическую конструкцию, предусматривающую неподвижное размещение камеры внутри прицела, и изменение ориентации поля зрения прицела за счет прокачки ГЗ в вертикальной и горизонтальной плоскостях на углы и , то

; (6)

где - матрица положения, содержащая трехмерные координаты (, , ) центра вращения ГЗ в СК камеры прицела;

- матрица положения, определяющая поперечный поворот поля зрения камеры прицела при повороте головного зеркала в горизонтальной плоскости на угол ;

- матрица положения, определяющая вертикальный поворот поля зрения камеры прицела при повороте головного зеркала в вертикальной плоскости на угол ;

- матрица положения, определяющая горизонтальный поворот поля зрения камеры прицела при повороте ГЗ в горизонтальной плоскости на угол и переход от СК основания прицела к СК камеры.

Для каждого j-го прицела, для которого может быть проведено целеуказание, вычисляют матрицы положения СК их оснований относительно начала СК БМ

, (7)

где

- углы, соответственно, в горизонтальной, вертикальной и поперечной плоскостях ориентации осей СК основания j-го прицела относительно осей СК БМ;

- трехмерные координаты положения начала СК основания j-го прицела в СК БМ.

Например, (фиг. 5) для ПК вычисляется матрица , определяющая положение и ориентацию СК 14 в СК 11, а для ПН - матрица , определяющая в свою очередь положение и ориентацию СК 13 в СК 11.

Вычисляют матрицу положения СК БМ в СК

, (8)

где

Например, (фиг. 5) для БМ вычисляется матрица , определяющая положение и ориентацию СК 11 в СК 12.

После обнаружения g-ой цели или важного объекта 10 в прицеле, с которого ведется разведка и целеуказание, например, с ПК, наводят на нее ЦПМ 9 этого прицела, тем самым совмещая точку , характеризующую положение цели (объекта) 10 на изображении 2 ПК с точкой , описывающей в свою очередь положение ЦПМ 9 на изображении 2 ПК, т.е.

, (9)

где , - номер столбца и номер строки изображения g-ой цели (объекта) 10 на изображении 2 ПК;

, - номер столбца и номер строки изображения ЦПМ 9 на изображении 2 ПК.

Подают команду на проведение ВнЦУ на прицел наводчика-оператора, при этом измеряют дальность до цели любым доступным способом, например, с помощью штатного лазерного дальномера ПК.

Вычисляют коэффициенты центральной проекции для ПК

. (10)

Записывают проекционную матрицу

(11)

Вычисляют вектор координат g-й цели или важного объекта 10 в СК 15 камеры ПК

(12)

где - трехмерные координаты g-й цели (объекта) в СК 15 камеры ПК.

Преобразуют координаты g-й цели (объекта) 10 из СК 15 камеры ПК в СК 11 БМ

. (13)

При приеме целеуказания командиром БМ от внешнего источника (другой БМ подразделения, например, командирской, или системы управления звеном, системы или средства разведки) в виде трехмерных координат (, и ) g-ой цели или важного объекта 10 (относительно начала СК 12) и при принятии им решения о передаче цели наводчику записывают вектор координат g-й цели (объекта) 10 во внешней (мировой) СК 12

(14)

Преобразуют координаты g-й цели (объекта) из СК 12 в СК 11

(15)

Вычисляют углы на цель относительно действующего положения вооружения в вертикальной и горизонтальной плоскостях

(16)

(17)

где , - углы отсчитываемые относительно оси , соответственно, в горизонтальной и вертикальной плоскостях и показывающие, на сколько нужно повернуть башню 6 и вооружение (пушку) 17, для совмещения действующей оси канала ствола вооружения (пушки) 17 с направлением на цель (объект) 10.

Вычисляют вектор координат g-ой цели или важного объекта 10 в СК 16 камеры ПН

(18)

Масштабируют координаты g-ой цели или важного объекта 10 из СК 16 камеры ПН в плоскость изображения 1 ПН, для чего:

рассчитывают коэффициент проекции s_ПН

; (19)

составляют проекционную матрицу S_ПН

(20)

пересчитывают значения координат вектора

. (21)

Вычисляют пиксельные (плоские) координаты g-ой цели (объекта) 10 на изображении 1 ПН

(22)

где , - номер столбца и номер строки точки положения цели (объекта) 10 на изображении 1 ПН.

Для каждой g-ой цели или важного объекта отображают на изображениях прицелов соответствующий типу цели графический маркер, например, в форме рамки, выделяющей местоположение изображения цели в поле зрения прицела. При этом если пиксельные координаты g-ой цели или важного объекта выходят за границы изображений, т.е. и/или , то графический маркер отображают на изображениях j-ых прицелов в уменьшенном размере, например, в форме тактического знака вдоль края этих изображений в той строке или столбце, которые своими значениями не вышли на границы изображения.

Подают сигналы наведения на привод ГН стабилизатора вооружения до момента отработки углов и , соответственно, башней 6 и вооружением 17 на цель (объект) 10 с максимальной (перебросочной) скоростью. После чего вырабатывают сигналы «плавного» наведения для приводов ГН и ВН до тех пор, пока пиксельные координаты g-ой цели (объекта) 10 не станут равны пиксельным координатам положения ЦПМ 8 на изображении 1 ПН, т.е. до выполнения равенства

. (23)

После чего, ЦПМ 8 ПН оказывается наведенной на указанную командиром цель (объект) 10, процесс ВнЦУ считается завершенным.

Изобретение относится к области бронетанкового вооружения и может быть использовано для автоматизации процессов проведения внутреннего от командира наводчику целеуказания и индикации целей и важных объектов на танках, боевых машинах пехоты и десанта, бронетранспортерах, артиллерийских системах и т.п. Обеспечивается техническая возможность реализации режима «автоматического» целеуказания от командира наводчику на образцах бронетанкового вооружения, не имеющих в своем составе автомата сопровождения целей, реализация режима «автоматического» целеуказания наводчику на образцах бронетанкового вооружения, оснащенных автоматом сопровождения целей в случаях выхода его из строя, или при обнаружении целей или объектов, контраст которых (тепловой или визуальный) не позволяет их надежно захватывать на автосопровождение, возможности проведения целеуказания наводчику по целям, поступившим по каналу системы управления боем в виде типов и координат целей во внешней системе координат в автоматическом режиме без проведения их визуального поиска, обнаружения и распознавания. 7 ил.

Способ внутреннего целеуказания с индикацией целей для образцов бронетанкового вооружения, заключающийся в наведении на цель или важный объект центральной прицельной марки - ЦПМ прицела командира - ПК, подаче сигналов наведения на приводы вертикального - ВН и горизонтального наведения - ГН для образца бронетанкового вооружения - ОБТВ до момента согласования ЦПМ прицела наводчика - ПН с указанной командиром бронемашины - БМ целью – объектом, отличающийся тем, что до проведения целеуказания от командира БМ наводчику-оператору принимают с камер - оптико-электронных систем ПК и ПН цифровые изображения, принимают с навигационной системы БМ данные, содержащие трехмерные координаты , , начала системы координат - СК БМ во внешней - мировой СК, с датчика ориентации принимают данные - угол об ориентации оси СК БМ относительно направления на север, в случае отсутствия или неисправности датчика ориентации угол определяют по результатам построения - экстраполяции траектории движения СК БМ по времени, с датчиков курса, тангажа и крена БМ принимают данные, содержащие значения углов, соответственно, , и ориентации осей СК БМ относительно осей внешней - мировой СК, с датчиков прицелов принимают данные о действующих значениях фокусных расстояний f_j объективов камер j-х прицелов БМ, данных датчиков угла об ориентации головных блоков прицелов, если прицелы имеют модульную конструкцию или рам головных зеркал, если прицелы имеют перископическую конструкцию в горизонтальной плоскости и данные об ориентации головных блоков прицелов с камерами, если они имеют модульную конструкцию или головных зеркал, если прицелы имеют перископическую конструкцию в вертикальной плоскости принимают данные о внутренних параметрах камер прицелов, а именно значения горизонтальных и вертикальных разрешений фотоприемных устройств в горизонтальной N_j и вертикальной M_j плоскостях, расстояние между геометрическими центрами фотоприемных устройств и центрами изображений, формируемых объективами камер j-х прицелов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, физические размеры фотоячеек -пикселей фотоприемных устройств камер прицелов, соответственно, в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также данные о положениях и ориентациях СК оснований прицелов относительно СК БМ, и данные о координатах положения камеры и вспомогательных - дополнительных, промежуточных СК j-х прицелов,

на основе полученных данных вычисляют матрицы внутренних параметров камер прицелов

,

кроме этого принимают из памяти обрабатывающей системы данные о положении ЦПМ на изображениях ПН и ПК, согласно которым записывают векторы:

,

где , - номер столбца и номер строки положения ЦПМ на изображениях j-х прицелов,

для каждой камеры оптико-электронной системы j-го прицела рассчитывают матрицу положения , определяющую текущее в реальном масштабе времени положение и ориентацию СК камеры j-го прицела относительно СК его основания, при этом в общем случае матрицу положения вычисляют как произведение матриц

где q - количество промежуточных матриц, определяемое конструкцией прицела, а в каждую промежуточную матрицу включают матрицу поворота и/или вектор переноса определяющие положения и ориентацию промежуточных - зависимых СК элементов j-го прицела, в своей совокупности задающих положение и ориентацию СК камеры j-го прицела относительно СК его основания, причем для вычисления всех коэффициентов матриц в зависимости от конструкции прицела используют данные с датчиков ориентации головного модуля или головного зеркала - ГЗ прицела, а также координат и ориентации СК камеры в прицеле относительно СК основания прицела или его ГЗ, для модульной конструкции, предусматривающей неподвижное размещение камеры внутри головного блока прицела, размещенного, в свою очередь, на кардановых подвесах и стабилизированного в двух плоскостях с углами прокачки в вертикальной и горизонтальной плоскости, соответственно и , тогда

;

где - матрица положения, определяющая переход от СК основания j-го прицела к промежуточной СК О_К1X_К1Y_К1Z _К1, находящейся в головном блоке прицела, на оси О_К1X_К1 которой находится камера, и эта же ось совпадает с осью вращения - прокачки в вертикальной плоскости головного блока, а ось О_К1Y_К1 совпадает с осью вращения головного блока прицела в горизонтальной плоскости;

, , - трехмерные координаты промежуточной СК О_К1X_К1Y_К1Z_К1 относительно СК основания прицела;

- матрица положения, позволяющая развернуть промежуточную СК О_К1X_К1Y_К1Z _К1 на угол поворота головного блока прицела в вертикальной плоскости и перейти к СК камеры прицела;

, , - трехмерные координаты СК камеры относительно промежуточной СК О_К1X_К1Y_К1Z_К1 прицела;

- матрица положения, позволяющая развернуть СК камеры прицела на угол поворота головного блока прицела в горизонтальной плоскости,

для перископической конструкции, предусматривающей неподвижное размещение камеры внутри прицела, и изменение ориентации поля зрения прицела за счет прокачки ГЗ в вертикальной и горизонтальной плоскостях на углы и , тогда

;

где - матрица положения, содержащая трехмерные координаты , , центра вращения ГЗ в СК камеры прицела;

- матрица положения, определяющая поперечный поворот поля зрения камеры прицела при повороте ГЗ в горизонтальной плоскости на угол ;

- матрица положения, определяющая вертикальный поворот поля зрения камеры прицела при повороте ГЗ в вертикальной плоскости на угол ;

- матрица положения, определяющая горизонтальный поворот поля зрения камеры прицела при повороте ГЗ в горизонтальной плоскости на угол и переход от СК основания прицела к СК камеры,

для каждого j-го прицела, для которого может быть проведено целеуказание, вычисляют матрицу положения СК его основания относительно начала СК БМ

,

где

- углы, соответственно, в горизонтальной, вертикальной и поперечной плоскостях ориентации осей СК основания j-го прицела относительно осей СК БМ; - трехмерные координаты положения начала СК основания j-го прицела в СК БМ,

вычисляют матрицу положения СК БМ во внешней - мировой СК

,

где

при проведении внутреннего целеуказания после обнаружения g-й цели или важного объекта в прицеле, с которого ведется разведка и целеуказание, наводят на нее ЦПМ этого прицела, тем самым совмещая точку , характеризующую положение цели - объекта на изображении ПК с точкой , описывающей, в свою очередь, положение ЦПМ на изображении ПК, т.е. выполняя равенство

,

где , - номер столбца и номер строки изображения g-й цели - объекта на изображении ПК; , - номер столбца и номер строки изображения ЦПМ на изображении ПК,

подают команду на проведение целеуказания на прицел наводчика-оператора, при этом измеряют дальность до цели любым доступным способом, например, с помощью штатного лазерного дальномера ПК,

вычисляют коэффициенты центральной проекции для ПК

,

записывают проекционную матрицу

вычисляют вектор координат g-й цели или важного объекта в СК камеры ПК

где - трехмерные координаты g-й цели - объекта в СК камеры ПК,

преобразуют координаты g-й цели - объекта из СК камеры ПК в СК БМ

,

при приеме целеуказания командиром БМ от внешнего источника другой БМ подразделения, - командирской, или системы управления звеном, системы или средства разведки в виде трехмерных координат , и g-й цели или важного объекта относительно начала внешней - мировой СК и при принятии им решения о передаче цели наводчику записывают вектор координат g-й цели - объекта во внешней - мировой СК

преобразуют координаты g-й цели - объекта из внешней - мировой СК в СК БМ

вычисляют углы на цель относительно действующего положения вооружения в вертикальной и горизонтальной плоскостях

где , - углы, отсчитываемые относительно оси , соответственно, в горизонтальной и вертикальной плоскостях и показывающие, на сколько нужно повернуть башню и вооружение - пушку, для совмещения действующей оси канала ствола вооружения - пушки с направлением на цель - объект,

вычисляют вектор координат g-й цели или важного объекта в СК камеры ПН

,

масштабируют координаты g-й цели или важного объекта из СК камеры ПН в плоскость изображения ПН, для чего:

рассчитывают коэффициент проекции s_ПН

;

составляют проекционную матрицу S_ПН

пересчитывают значения координат вектора

,

вычисляют пиксельные - плоские координаты g-й цели - объекта на изображении ПН

где , - номер столбца и номер строки точки положения цели - объекта на изображении ПН,

для каждой g-й цели или важного объекта отображают на изображениях прицелов соответствующий типу цели графический маркер, выделяющий местоположение изображения цели в поле зрения прицела, при этом если пиксельные координаты g-й цели или важного объекта выходят за границы изображений, т.е. и/или , то графический маркер отображают на изображениях j-х прицелов в уменьшенном размере, вдоль края этих изображений в той строке или столбце, которые своими значениями не вышли на границы изображения,

подают сигналы наведения на привод ГН стабилизатора вооружения до момента отработки углов и , соответственно, башней и вооружением на цель - объект с максимальной - перебросочной скоростью. После чего вырабатывают сигналы «плавного» наведения для приводов ГН и ВН до тех пор, пока пиксельные координаты g-й цели - объекта не станут равны пиксельным координатам положения ЦПМ на изображении ПН, т.е. до выполнения равенства

,

после чего процесс внутреннего целеуказания считают завершенным.