СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ЦЕЛИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ТАКТИЧЕСКИХ УПРАВЛЯЕМЫХ РАКЕТ С ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ ГОЛОВКОЙ САМОНАВЕДЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК F41G5/00 

Изобретение относится к средствам боевого обеспечения применения управляемого высокоточного оружия, в частности, тактических ракет наземного и воздушного базирования с оптико-электронной головкой самонаведения.

Известны способы вывода управляемой ракеты (УР) в зону захвата цели головкой самонаведения (ГСН) [1, 2], заключающиеся в ее запуске на заданную высоту, последующем планировании по баллистической траектории и выводе в зону захвата ГСН методом пропорциональной навигации при достижении ракетой заданной программной дальности до цели. Недостатками способов являются ограниченность только баллистическим участком траектории ракеты без рассмотрения наиболее ответственного участка самонаведения и отсутствие учета типа и свойств конкретных ГСН.

Известны способы наведения УР наземного базирования [3] и стрельбы управляемыми артиллерийскими снарядами [4] с лазерной полуактивной ГСН. Способы предусматривают подсвет цели наземным лазерным целеуказателем - подсветчиком, включаемым по каналу цифровой радиосвязи оператором (военнослужащим) или автоматически по заложенной программе. Недостатками способов являются сложность технической и алгоритмической реализации и трудности организации согласованного взаимодействия используемых наземных компонентов.

В отличие от способов [3, 4] в известном способе стрельбы управляемым снарядом [5] лазерный целеуказатель-дальномер (ЛЦД), имеющий режим подсвета цели, устанавливают на борт беспилотного летательного аппарата (БЛА), выполняющего полет по заданному маршруту. Также бортовое исполнение имеют автопилот с инерциально-спутниковой системой навигации, средства цифровой радиосвязи для передачи данных о координатах цели на огневую позицию, гиростабилизированная платформа, телевизионная камера с автоматом сопровождения и приводы разворота ЛЦД и телекамеры. По полученным данным на огневой позиции производят расчет, реализацию установок стрельбы и выстрел снаряда. В момент выстрела по цифровой радиосвязи на борт БЛА передают команду включения ЛЦД в режим подсвета. При этом телекамера выполняет вспомогательную предварительную функцию визуального обнаружения цели оператором огневой позиции.

Недостатки способа состоят в необходимости использования для размещения указанных бортовых компонентов дорогостоящих и сложных в управлении грузоподъемных БЛА самолетного типа и требовании применения мощных генераторов лазерного излучения с громоздкой системой фокусировки (потолок высот БЛА до 5000 м).

Главным общим недостатком способов [3-5] является сильный демаскирующий признак - лазерное излучение подсвета, раскрывающий факт атаки на цель и облегчающий противнику применение средств огневого поражения подсветчика и, что более важно при наземном размещении, боевого расчета военнослужащих.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототипом) является способ подсвета цели для обеспечения применения боеприпасов с лазерной ГСН [6], включающий определение топографических координат наземного целеуказателя и огневой позиции, обнаружение, измерение целеуказателем сферических координат и определение топографических координат цели. По указанным топографическим координатам выполняют расчет, реализацию установок стрельбы и производство выстрела боеприпаса. Компоненты используемых аппаратных средств устанавливают на квадрокоптер, выполненный с возможностью зависания над целью. Лазерный подсветчик цели выполняют в виде отдельного компонента, закрепляемого к днищу квадрокоптера и удерживаемого в надирном положении за счет силы тяжести. Включение излучения подсвета производят средствами расчета военнослужащих по каналу цифровой радиосвязи синхронно с моментом выстрела и полетным временем боеприпаса на конечном участке траектории.

Недостатки способа-прототипа состоят в следующем:

1. Как и в случае способов [3-5], способу [6] также присущ главный недостаток - указанный демаскирующий признак. Поражение выявленного противником квадрокоптера с подсветчиком действительно сохраняет жизнь расчета, однако приводит к потере условий самонаведения боеприпаса и снижению надежности (срыву) выполнения задачи уничтожения цели.

2. В реальных боевых условиях потенциально высокие показатели эффективности используемого принципа самонаведения по отраженному лазерному излучению существенно снижаются. Снижение вероятности обнаружения и распознавания цели средствами расчета, точности наведения боеприпаса на цель может быть вызвано рядом причин: принятием противником мер по маскировке и оперативной передислокации цели, постановкой помех приемным датчикам лазерной ГСН, ухудшением условий распространения (ослабление, отражение, преломление) лазерного излучения в искусственных и естественных метеообразованиях (дымы, гидрометеоры, атмосферные неоднородности).

Задача заявляемого изобретения состоит в создании способа формирования изображения цели, обеспечивающего повышение боевой эффективности применения тактических УР с оптико-электронной ГСН.

Для решения поставленной задачи в способе формирования изображения цели для обеспечения применения тактических УР с оптико-электронной ГСН, включающем обнаружение и определение топографических координат цели, определение топографических координат пусковой установки и квадрокоптера с установленными компонентами аппаратных средств, выполненного с возможностью зависания в заданной точке пространства в районе цели, расчет по указанным топографическим координатам и реализацию исходных данных для пуска ракеты, производство пуска ракеты, в состав установленных компонентов аппаратных средств квадрокоптера включают цифровую камеру, с помощью камеры формируют цифровое изображение цели, сформированное изображение цели по каналу цифровой радиосвязи передают на пусковую установку для закладки изображения перед пуском в бортовые аппаратные средства ракеты, указанное изображение при самонаведении ракеты используют в качестве эталонного, при этом расчет исходных данных для пуска ракеты выполняют путем расчета параметров траектории ее полета, обеспечивающих на конечном участке траектории совпадение ракурсов и масштабов изображения, фиксируемого оптико-электронной ГСН ракеты, и эталонного изображения.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в надежном обеспечении повышения боевой эффективности применения тактических УР с оптико-электронной ГСН, а именно вероятности обнаружения и распознавания цели и точности самонаведения ракеты на цель.

Существенными отличительными признаками заявляемого способа по сравнению с прототипом являются:

1. Включение в состав установленных компонентов аппаратных средств квадрокоптера цифровой камеры, работающей в пассивном режиме приема, позволяет скрытно (без демаскирующего излучения) сформировать детальное цифровое изображение цели как протяженного объекта. При этом применение мультиспектральной камеры (см. далее реализацию способа) обеспечивает получение высокоинформативного мультиспектрального изображения, гарантирующего высокую вероятность правильного обнаружения и распознавания цели и требуемую итоговую точность самонаведения УР по изображению на цель.

В прототипе используют одномодовое излучение установленного на квадрокоптер лазерного подсветчика. При этом отраженный от цели сигнал малоинформативен (цель выступает как точечный объект) и не пригоден для формирования изображения цели, необходимого для ее обнаружения, распознавания и наведения боеприпаса.

2. Сформированное камерой квадрокоптера цифровое изображение цели по каналу цифровой радиосвязи передают на пусковую установку для его закладки перед пуском в бортовые аппаратные средства УР. На конечном участке траектории заложенное на борт ракеты изображение используют в качестве эталонного для реализации при самонаведении метода сопоставления (сравнения) изображения, фиксируемого оптико-электронными средствами ГСН, с эталонным. При этом может применяться, например, корреляционно-экстремальная процедура обработки сравниваемых изображений.

В прототипе функция формирования изображения цели не предусмотрена. Самонаведение боеприпаса выполняют по отраженному от цели лазерному излучению подсвета.

3. Определение исходных данных для пуска УР путем расчета параметров траектории, обеспечивающих на конечном участке совпадение ракурсов и масштабов фиксируемого и эталонного изображений цели, необходимо для корректного совмещения указанных изображений при их сопоставлении (сравнении). Масштабирование и ориентацию изображения, фиксируемого ГСН при подлете к цели, выполняют бортовые аппаратные средства ракеты по данным о ее текущих координатах (поставляются навигационным компонентом бортовых аппаратных средств) и координатах цели и квадрокоптера. При этом оптимальные параметры траектории ракеты, в том числе с точки зрения безопасности подлета, выбирают исходя из тактической обстановки на поле боя (особенности размещения цели, наличие и расположение огневых средств прикрытия и другие факторы), осведомленность о которой обеспечивает расчет военнослужащих (см. далее более подробно).

В прототипе подобные меры отсутствуют.

Рассмотрим работу заявляемого способа и последовательность операций, обеспечивающую его реализацию. Рассмотрение начнем с задачи обеспечения применения тактических управляемых ракет наземного базирования.

Примером такой ракеты является многоцелевая ракета Spike NLOS (известная также под названием Тамуз), входящая в состав одноименного противотанкового ракетного комплекса израильской фирмы Rafael [7, 8]. Ракета предназначена для стрельбы с закрытых позиций (NLOS - Non - Line -Of Sight) по невидимым целям и применяется с помощью носимо-возимого транспортно-пускового контейнера, который размещается на пусковой установке (ПУ) с различными платформами, например, на базе армейского автомобиля HMMWV американского производства. На ракете установлена телевизионная/тепловизионная ГСН, обеспечивающая в основном варианте боевого применения обнаружение, захват цели и наведение по принципу «выстрелил - забыл». Для этого ГСН формирует изображение цели в видимом и инфракрасном диапазонах волн. В качестве резервного предусмотрен вариант командного наведения ракеты по двухстороннему каналу передачи данных.

Работу заявляемого способа обеспечивает расчет военнослужащих в составе оператора квадрокоптера и оператора-корректировщика. Расчет занимает позицию на расстоянии от линии боевого соприкосновения, позволяющем вести обнаружение и наблюдение целей и оценку тактической обстановки на поле боя. Для проведения этой операции военнослужащих расчета оснащают носимыми средствами навигации и цифровой радиосвязи, а также пультами. Аналогичными средствами оснащается ПУ ракеты. Корректировщик также снабжен целеуказателем, обеспечивающим визирование и измерение сферических координат цели (дальности, углов азимута и места). Примером целеуказателя может служить прибор разведки ПДУ-4 производства АО «ЦНИИТОЧМАШ».

С помощью средств навигации выполняют операцию определения топографических координат корректировщика (целеуказателя) и ПУ. В качестве этих средств могут использоваться модули спутниковой и инерциально-магнитной навигации из состава приборного оснащения операторов и бортовой системы управления роботизированной платформы робототехнического комплекса [9].

При обнаружении и измерении сферических координат цели по известным координатам целеуказателя рассчитывают топографические координаты цели. Эта операция выполняется в пульте корректировщика. Полученные координаты цели по цифровой радиосвязи транслируют в пульты оператора квадрокоптера и ПУ. Одновременно в пульт ПУ передают данные о тактической обстановке на поле боя. Средства радиосвязи обеспечивают обмен данными и управляющими командами между подключенными к ним пультами военнослужащих расчета и пультом ПУ, а также речевыми сообщениями между военнослужащими. Здесь также могут использоваться модули радиосвязи из состава робототехнического комплекса [9].

По команде вышестоящего органа управления, расположенного в непосредственной близости от позиции ПУ, оператор квадрокоптера с помощью пульта по подключенному к нему штатному каналу радиосвязи с квадрокоптером заблаговременно или непосредственно перед пуском ракеты выводит квадрокоптер в предвычисленную точку пространства в районе цели и переводит его в режим удержания заданных координат. Далее также по команде оператор квадрокоптера выполняет операцию включения бортовой камеры, наведения камеры на точку с известными координатами цели и формирования (съемки) ее цифрового изображения. Полученное изображение транслируется в пульт ПУ.

Специалисты (операторы) ПУ по принятому цифровому изображению выполняют операцию обнаружения, распознавания цели и, при положительном решении, закладки эталонного изображения в бортовые аппаратные средства ракеты.

Здесь важно подчеркнуть, что для качественного решения указанных выше задач и итогового высокоточного самонаведения ракеты основные характеристики камеры квадрокоптера (диапазон длин волн принимаемого излучения, разрешающая способность, формат изображения, динамический диапазон) должны быть согласованы с характеристиками приемных датчиков ГСН ракеты.

Завершающей является операция расчета оптимальных параметров траектории ракеты, обеспечивающих на конечном участке совпадение ракурсов и масштабов фиксируемого ГСН и эталонного изображений цели.

Рассмотренная ранее операция определения топографических координат цели по измерениям целеуказателя не является единственно возможной. Другой вариант состоит в определении указанных координат по способу [10], в соответствии с которым сформированное камерой квадрокоптера изображение (в частности, видео/фотоснимок) совмещают с соответствующим участком встроенной в пуль корректировщика или ПУ цифровой карты местности с последующим считыванием с карты координат центра изображения цели. Этому предшествует (перед выводом квадрокоптера в требуемую предвычисленную точку пространства) участок управляемого полета квадрокоптера по траектории поиска в заданном районе, факт нахождения цели в котором известен, например, по данным войсковой разведки. После предварительного обнаружения цели изложенная выше последовательность операций продолжается. Понятно, что в этом случае необходимость в целеуказателе и соответствующих операциях отпадает.

Все сказанное в полной мере относится к задаче обеспечения применения тактических управляемых ракет с оптико-электронной ГСН воздушного базирования. ПУ ракеты при этом «переносится» на борт соответствующего воздушного носителя.

Примером такой ракеты служит американская многоцелевая ракета JAGM класса «воздух-земля» (Joint Air-to Ground Missile) корпорации Lockheed Martin [11]. Ракета снабжена многорежимной ГСН, предназначена для установки на ударном вертолете и БЛА и является заменой устаревших ракет американской AGM-114 Hellfire и британской Brimstone. Более совершенным образцом вооружения того же класса является отечественная легкая многоцелевая управляемая ракета (ЛМУР) [12,13], предназначенная для оснащения вертолетов МИ-28 НМ и Ка-52М и уничтожения поверхностных стационарных и подвижных (наземных и надводных) целей. ЛМУР имеет мультиспектральную ГСН с ТВ/фотоконтрастными датчиками и инфракрасными фотопремниками средне- и длинноволнового ИК-диапазонов. В рассмотренных примерах применение заявляемого способа позволит повысить эффективность боевого применения воздушных ударных средств.

Таким образом, заявляемый способ может быть реализован и обеспечивает повышение боевой эффективности применения тактических УР с оптико-электронной ГСН, а именно вероятности обнаружения и распознавания цели и точности самонаведения ракеты на цель.

Источники информации:

1. Патент RU 2542691.

2. Патент RU 2583347.

3. Патент RU 2657356.

4. Патент RU 2716462.

5. Патент RU 2584210.

6. Патент RU 2755134.

7. https://ru.wikipedia.org/wiki/Спайк_(ПТРК).

8. Израильский ракетный комплекс Spike-NLOS-https://bmpd.livejoumal.com/3287664.html.

9. Патент RU 2725942.

10. Патент RU 2726902.

11. JAGM. Многоцелевая управляемая ракета. - https://naukatehnika.com/mnogocelevaya-upravlyaemaya-raketa-jagm.html.

12. Завеса тайны над «изделием 305» приоткрыта. На что способен грозный взломщик для «Ночного охотника»?- https://topwar.ru/159600-zavesa-tajny-nad-izdeliem-305-priotkryta-na-chto-sposoben-groznyj-vzlomschik-dlja-nochnogo-ohotnika.html.

13. Первая публичная демонстрация ракеты ЛМУР. - https://bmpd.livejournal.com/4378732.html.

Изобретение относится к области военной техники и касается способа формирования изображения цели для обеспечения применения тактических управляемых ракет с оптико-электронной головкой самонаведения. Способ включает обнаружение и определение топографических координат цели, определение топографических координат пусковой установки и квадрокоптера, выполненного с возможностью зависания в заданной точке пространства в районе цели. По топографическим координатам выполняют расчет и реализацию исходных данных для пуска ракеты и производство пуска. В состав установленных на квадрокоптере аппаратных средств включают цифровую камеру, с помощью которой формируют цифровое изображение цели. Изображение по каналу цифровой радиосвязи передают на пусковую установку для его закладки в качестве эталонного в бортовые аппаратные средства ракеты. Расчет исходных данных для пуска ракеты выполняют путем расчета параметров траектории полета, обеспечивающих на конечном участке совпадение ракурсов и масштабов изображения, фиксируемого оптико-электронной головкой самонаведения, и эталонного изображения. Технический результат заключается в повышении вероятности обнаружения и распознавания цели и точности самонаведения ракеты на цель.

Способ формирования изображения цели для обеспечения применения тактических управляемых ракет с оптико-электронной головкой самонаведения, включающий обнаружение и определение топографических координат цели, определение топографических координат пусковой установки и квадрокоптера с установленными компонентами аппаратных средств, выполненного с возможностью зависания в заданной точке пространства в районе цели, расчет по указанным топографическим координатам и реализацию исходных данных для пуска ракеты, производство пуска ракеты, отличающийся тем, что в состав установленных компонентов аппаратных средств квадрокоптера включают цифровую камеру, с помощью камеры формируют цифровое изображение цели, сформированное изображение цели по каналу цифровой радиосвязи передают на пусковую установку для закладки изображения перед пуском в бортовые аппаратные средства ракеты, указанное изображение при самонаведении ракеты используют в качестве эталонного, при этом расчет исходных данных для пуска ракеты выполняют путем расчета параметров траектории ее полета, обеспечивающих на конечном участке траектории совпадение ракурсов и масштабов изображения, фиксируемого оптико-электронной головкой самонаведения ракеты, и эталонного изображения.