НЕКОНТАКТНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ВЗРЫВАТЕЛЬ МИНЫ Российский патент 2023 года по МПК F42C13/02 G01S17/06 

Изобретение относится к взрывателям, а именно к пассивным неконтактным оптическим взрывателям, которые предназначены для использования в минах, в том числе дистанционно устанавливаемых на местности, для поражения низколетящих высокоскоростных объектов, например, противотанковых управляемых ракет наземного базирования, имеющих на борту источники оптического излучения - двигатели и трассеры.

Известен неконтактный пассивный оптический взрыватель, содержащий два приемных оптических канала и счетно-решающее устройство, причем выходы приемных каналов подключены к счетно-решающему устройству (см. журнал «International Defense Review», 1980 г., Т. 13, №8, с. 1309). С помощью этого взрывателя производится обнаружение объекта и измерение скорости его полета. При пролете низколетящего высокоскоростного объекта, например, ракеты, через зону обнаружения взрывателя происходит изменение облученности входного зрачка сначала в одном, а затем в другом приемном канале взрывателя. Определяя время задержки прихода импульсов оптического излучения в эти приемные каналы взрывателя, по известному расстоянию между зонами обнаружения отдельных приемных каналов определяется скорость полета обнаруживаемого объекта. Приемные каналы содержат 35-мм линзы с высокой разрешающей способностью и фотодетекторы со схемами защиты от постоянной солнечной засветки. Устройство питания детекторов имеет отдельные регуляторы усиления для установки начальной чувствительности детекторов в зависимости от силы излучения бортовых источников излучения обнаруживаемого объекта, а также автоматические регуляторы усиления для компенсации изменений в уровнях освещенности окружающей среды.

Недостатками этого устройства являются низкая помехоустойчивость при воздействии импульсных засветок, образующихся, например, в результате разрывов снарядов, мин и т.д., а также низкая вероятность распознавания объектов по признаку «свой - чужой».

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту (прототипом) к предлагаемому устройству является неконтактный пассивный оптический взрыватель для мины, содержащий приемных каналов с полями зрения, оптические оси которых не пересекаются и образуют острые углы с плоскостью, перпендикулярной к продольной оси мины, N-входовую решающую схему, подключенную к N выходам приемных каналов и соединенную с исполнительным устройством (см. заявку Великобритании №1514303 1978 г. по МКИ F42C 13/02).

Недостатком прототипа является низкая вероятность распознавания объектов по признаку «свой - чужой», который обусловлен тем, что оптические характеристики своих низколетящих высокоскоростных объектов и объектов противника, например, сила излучения противотанковых управляемых ракет, идентичны.

Техническим результатом изобретения является повышение вероятности распознавания низколетящих высокоскоростных объектов по признаку «свой - чужой» за счет определения направления и скорости их полета при пересечении объектами контролируемой зоны.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в известный неконтактный оптический взрыватель дополнительно введены N источников света, каждый из которых соединен с выходом соответствующего приемного канала, светофильтр, выполненный в виде пластины из двух половин с различными по величине коэффициентами пропускания излучения источников света, размещенный между источниками света и фотоприемниками в плоскости, перпендикулярной к продольной оси мины, а также чувствительный элемент магнитного компаса, например, магнитная стрелка с арретиром, для поворота светофильтра, причем выход n-го источника света, где n=1…N, N - число приемных каналов, через светофильтр оптически связан со входом n-го фотоприемника, а выход n-го фотоприемника соединен с соответствующим входом решающей схемы, а также тем, что решающая схема выполнена в виде N амплитудных селекторов по числу его приемных каналов, каждый из которых состоит из порогового элемента и ключа, двух N-входовых сумматоров, N-входовой схемы совпадения, электронного ключа, трех ждущих мультивибраторов и двух трехвходовых схем совпадения, причем выходы фотоприемников соединены с соответствующими входами амплитудных селекторов и N-входовой схемой совпадения, первые выходы амплитудных селекторов соединены с соответствующими входами первого N-входового сумматора, а вторые выходы амплитудных селекторов - с соответствующими входами второго N-входового сумматора, выход которого соединен со вторым входом электронного ключа, к выходу которого подключены первый ждущий мультивибратор и третий вход второй трехвходовой схемы совпадения, а выход первого N-входового сумматора соединен с первым входом первой трехвходовой схемы совпадения, выход N-входовой схемы совпадения подключен ко второму входу первой трехвходовой схемы совпадения и первому входу электронного ключа, выход первого ждущего мультивибратора соединен с третьим входом первой трехвходовой схемы совпадения, выход которой подключен к входам второго и третьего ждущих мультивибраторов, а выходы последних соединены с первым и вторым входами соответственно второй трехвходовой схемы совпадения, подключенной ко входу исполнительного устройства взрывателя.

Сущность изобретения заключается в том, что определяются направление и скорость обнаруживаемого низколетящего высокоскоростного объекта путем автоматического разделения приемных каналов взрывателя на две группы по уровням снимаемых с них электрических сигналов и фиксации очередности прихода этих сигналов во времени. Разделение приемных каналов взрывателя на две группы осуществляется с помощью N источников света, N фотоприемников и расположенного между ними светофильтра, пересекающего их оптические линии связи и состоящего из двух половин с различными коэффициентами пропускания излучения источников света и ориентированного в пространстве таким образом, чтобы линия раздела этих половин располагалась параллельно границе контролируемой зоны, причем половина светофильтра с большим коэффициентом пропускания излучения источников света находилась со стороны обнаруживаемого низколетящего высокоскоростного объекта (со стороны противника). Пространственная ориентация светофильтра производится на основе предполагаемого направления полета обнаруживаемого низколетящего высокоскоростного объекта (расположении границы контролируемой зоны) относительно положения стрелки магнитного компаса.

Для автоматической ориентации светофильтра (в случае применения взрывателя в дистанционно устанавливаемых минах) в предлагаемое устройство введен чувствительный элемент магнитного компаса, например, магнитная стрелка, с арретиром. Этот чувствительный элемент магнитного компаса расположен на одной со светофильтром оси вращения и механически связан с ним с помощью арретира. Перед дистанционной установкой мины производится пространственная ориентация светофильтра, который закрепляется на стрелке магнитного компаса таким образом, чтобы линия раздела половин светофильтра с различными коэффициентами пропускания излучения источников света располагалась параллельно границе контролируемой зоны.

Этим обеспечивается повышение вероятности распознавания низколетящих высокоскоростных объектов по признаку «свой - чужой» за счет определения направления и скорости их полета при пересечении объектами контролируемой зоны.

На фиг. 1 изображена структурная схема построения неконтактного оптического взрывателя, а на фиг. 2а, 2б и 2в - временные диаграммы, поясняющие работу взрывателя при использовании в последнем четырех (N=4) оптических приемных каналов. При этом фиг. 2а соответствует ситуации, когда произошло обнаружение и распознавание (селекция) по признаку «свой - чужой» низколетящего высокоскоростного объекта противника за счет определения направления и скорости его полета (электрический импульс с выхода второй схемы совпадения проходит в исполнительное устройство), фиг. 2б соответствует ситуации пролета своего низколетящего высокоскоростного объекта, а фиг. 2в - когда происходит одновременная засветка всех N=4 приемных каналов взрывателя.

На фиг. 1 обозначено: 1.1…1.N - приемные каналы; 2.1.1…2.N-источники света; 2.2.1…2.2N - фотоприемники; 3 - светофильтр (СФ), механически соединенный с арретиром 4 и состоящий из двух половин а) и б), причем половина а) имеет больший коэффициент пропускания излучения источников света; 5 - чувствительный элемент магнитного компаса, например, магнитная стрелка; 6.1…6.N - амплитудные селекторы решающей схемы, содержащие пороговые элементы 6.1.1…6.1.N. и ключи 6.2.1…6.2.N; 7, 8 - N-входовые сумматоры; 9 - N-входовая схема совпадения (СС); 10 и 11 - трехвходовые СС; 12 - электронный ключ; 13, 14 и 15 - ждущие мультивибраторы; 16 - исполнительное устройство.

На фиг. 2а, 2б и 2в обозначено: U_ВХ1…U_ВХ4 ^_ амплитуды электрических сигналов на входах амплитудных селекторов 6.1, 6.2, 6.3 и 6.4, снимаемых с выходов фотоприемников 2.2.1, 2.2.2, 2.2.3 и 2.2.4, соответственно; U₇…U₁₅ - амплитуды электрических сигналов, снимаемых с выходов сумматоров 7, 8; схем совпадения 9, 10, и 11; электронного ключа 12; ждущих мультивибраторов 13, 14 и 15, соответственно.

Рассмотрим работу взрывателя для случая, когда низколетящим высокоскоростным объектом (целью) является ракета противника, оптическое излучение бортовых источников которой (маршевого двигателя и трассера) попадает сначала в зоны обнаружения приемных каналов, подключенных к источникам света и фотоприемникам, оптические линии связи которых пересекает половина светофильтра с большим коэффициентом пропускания излучения источников света (зона а) на фиг. 1).

В исходном состоянии (перед постановкой мины с неконтактным взрывателем) стрелка магнитного компаса 5 взрывателя заарретирована (закреплена) с помощью арретира 4 относительно корпуса мины и известно ее положение. Перед минированием осуществляют взведение взрывателя (установку его в боевое положение). Для этого по известному расположению границы контролируемой зоны (противоборствующих сторон) относительно положения стрелки магнитного компаса 5 поворачивают светофильтр 3 взрывателя относительно заарретированной стрелки 5 таким образом, чтобы половина а) светофильтра 3 располагалась со стороны противника, а затем закрепляют светофильтр 3 на стрелке 5. В момент приземления мины на грунт стрелка магнитного компаса 5 с закрепленным на ней светофильтром 3 разарретируется с помощью арретира 4 и под действием магнитного поля Земли поворачивает светофильтр 3 в заданное положение. Взрыватель готов к работе.

При пролете низколетящего высокоскоростного объекта (ракеты) противника через контролируемую зону происходит поочередная засветка приемных каналов 1.1… 1.4 взрывателя оптическим полем излучения, создаваемым маршевым двигателем и трассером ракеты. При импульсной засветке приемных каналов взрывателя (сначала 1.4 и 1.1, затем 1.3 и 1.2, см. фиг. 2а) снимаемые с них электрические сигналы включают источники света 2.1.4, 2.1.1, 2.1.3, 2.1.2, излучение которых через светофильтр 3 попадает на фотоприемники 2.2.4, 2.2.1, 2.2.3 и 2.2.2. При этом мощность этого излучения будет больше для фотоприемников 2.2.4 и 2.2.1, расположенных под половиной а) светофильтра 3. Тогда на входы 1 и 4 амплитудных селекторов 6.1 и 6.4 поступят сигналы большей амплитуды (U_ВХ1>U_ВХ4), а на входы 2 и 3 амплитудных селекторов 6.2 и 6.3 - меньшей амплитуды (U_BX2, U_ВХ3).

При поступлении сигналов U_BХ4 и U_BХ1 срабатывают пороговые элементы 6.1.4 и 6.1.1 амплитудных селекторов 6.4 и 6.1, с выхода которых сигналы поступают на ключи 6.2.4 и 6.2.1, закрывая их и, тем самым, запрещая прохождение входных сигналов на входы второго сумматора 8 и на входы первого сумматора 7. С выхода сумматора 7 сигналы поступают на первый вход первой схемы совпадения 10, на второй и третий входы которой в это же время подаются разрешающие уровни. С выхода первой СС 10 сигналы поступают на входы ждущих мультивибраторов 14 и 15 и запускают их. С выхода мультивибраторов 14 и 15 на первый и второй входы второй схемы совпадения 11 поступают импульсы, формирующие временной строб длительностью τ_стр, разрешающий прохождение сигнала на вход СС 11, поступающего на ее третий вход с выхода электронного ключа 12. Через время t на второй и третий входы решающей схемы взрывателя (амплитудных селекторов 6.2 и 6.3) с выходов фотоприемников 2.2.2 и 2.2.3, соответственно, поступают электрические импульсы малой амплитуды (U_ВХ2 и U_ВХ3). При этом пороговые элементы 6.1.2 и 6.1.3 амплитудных селекторов 6.2 и 6.3 не срабатывают, импульсы через открытые ключи 6.2.2 и 6.2.3 пройдут на входы второго сумматора 8, с выхода которого поступят на второй вход электронного ключа 12. Затем с выхода ключа 12 электрические сигналы проходят на третий вход СС 11. При условии попадания этих импульсов во временной строб длительностью τ_стр, сформированный ждущими мультивибраторами 14 и 15, на выходе СС 11 появится электрический импульс, запускающий исполнительное устройство 16 взрывателя.

Работа взрывателя при пролете своего низколетящего высокоскоростного объекта (ракеты) поясняется временными диаграммами, представленными на фиг. 2б, а в случае импульсной засветки одновременно нескольких приемных каналов взрывателя, что возможно, например, при разрыве над ним осветительного боеприпаса - диаграммами, показанными на фиг. 2в.

Техническая реализуемость предлагаемого устройства не вызывает сомнений, так как его электронная часть может быть выполнена на базе цифровых микросхем, например, 133 или 155 серии (см., например, Справочник по цифровым интегральным схемам, М., Сов. радио, 1983), а его оптическая часть - на основе использования серийно выпускаемых промышленностью фотоприемников (см., например, Фрайден Дж. Современные датчики. - М.: Техносфера, 2006.).

Сопоставительный анализ заявленного изобретения с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается от известного наличием, во-первых, новых конструктивных элементов (источников света, фотоприемников, светофильтра, чувствительного элемента магнитного компаса, решающей схемы), во-вторых, наличием новых связей между конструктивными элементами и, в третьих, взаимным расположением этих элементов.

При изучении других известных технических решений в данной области техники указанная совокупность признаков, отличающая предлагаемое устройство от прототипа, не была выявлена.

Полезность изобретения выражается в повышении вероятности распознавания низколетящих высокоскоростных объектов по признаку «свой - чужой» за счет определения направления и скорости их полета при пересечении объектами контролируемой зоны.

Эффективность функционирования взрывателя подтверждается результатами расчетов, выполненных с использованием методики [см. журнал «Информационно-измерительные и управляющие системы. - 2008. - №5. - С. 25-28]. В результате расчетов установлено, что для селекции объектов с вероятностью 0,9…0,95 на фоне помех радиус зоны обнаружения взрывателя должен быть равен R=10 м, а число его приемных каналов -N=9…10. При этом вероятность ложных срабатываний не будет превышать Р_Л.СР≤10^-2 за время Т_лт=1…2 часа.

Таким образом, использование новых конструктивных элементов, наличие новых связей между конструктивными элементами и новое взаимное расположение этих элементов выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа, так как обеспечивают повышение вероятности распознавания низколетящих высокоскоростных объектов по признаку «свой - чужой» за счет определения направления и скорости их полета при пересечении объектами контролируемой зоны.

Заявлен неконтактный оптический взрыватель мины. Техническим результатом является повышение вероятности распознавания низколетящих высокоскоростных объектов по признаку «свой - чужой» за счет определения направления и скорости их полета при пересечении объектами контролируемой зоны. Неконтактный оптический взрыватель мины, содержит N приемных каналов с полями зрения, оптические оси которых образуют острые углы с плоскостью, перпендикулярной к продольной оси мины. Также содержит решающую схему, выход которой соединен с исполнительным устройством. В оптический взрыватель дополнительно введены N источников света, каждый из которых соединен с выходом соответствующего приемного канала, выполненного в виде фотоприемника. Также включен светофильтр, выполненный в виде пластины из двух половин с различными по величине коэффициентами пропускания излучения источников света, размещенный между источниками света и фотоприемниками в плоскости, перпендикулярной к продольной оси мины. Также включен чувствительный элемент магнитного компаса в виде магнитной стрелки с арретиром для поворота светофильтра. Выход n-го источника света, где n=1…N, N - число приемных каналов, через светофильтр оптически связан с входом n-го фотоприемника, а выход n-го фотоприемника соединен с соответствующим входом решающей схемы, выполненной в виде N амплитудных селекторов, по числу его приемных каналов, каждый из которых состоит из порогового элемента и ключа. Также состоит из двух N-входовых сумматоров, N-входовой схемы совпадения, электронного ключа, трех ждущих мультивибраторов и двух трехвходовых схем совпадения. Выходы фотоприемников соединены с соответствующими входами амплитудных селекторов и N-входовой схемой совпадения, первые выходы амплитудных селекторов соединены с соответствующими входами первого N-входового сумматора, а вторые выходы амплитудных селекторов - с соответствующими входами второго N-входового сумматора, выход которого соединен со вторым входом электронного ключа, к выходу которого подключены первый ждущий мультивибратор и третий вход второй трехвходовой схемы совпадения. Выход первого N-входового сумматора соединен с первым входом первой трехвходовой схемы совпадения, выход N-входовой схемы совпадения подключен ко второму входу первой трехвходовой схемы совпадения и первому входу электронного ключа, выход первого ждущего мультивибратора соединен с третьим входом первой трехвходовой схемы совпадения, выход которой подключен к входам второго и третьего ждущих мультивибраторов. Выходы последних соединены с первым и вторым входами соответственно второй трехвходовой схемы совпадения, подключенной к входу исполнительного устройства взрывателя. 2 ил.

Неконтактный оптический взрыватель мины, содержащий N приемных каналов с полями зрения, оптические оси которых образуют острые углы с плоскостью, перпендикулярной к продольной оси мины, и решающую схему, выход которой соединен с исполнительным устройством, отличающийся тем, что дополнительно введены N источников света, каждый из которых соединен с выходом соответствующего приемного канала, выполненного в виде фотоприемника, светофильтр, выполненный в виде пластины из двух половин с различными по величине коэффициентами пропускания излучения источников света, размещенный между источниками света и фотоприемниками в плоскости, перпендикулярной к продольной оси мины, чувствительный элемент магнитного компаса в виде магнитной стрелки с арретиром для поворота светофильтра, причем выход n-го источника света, где n=1…N, N - число приемных каналов, через светофильтр оптически связан с входом n-го фотоприемника, а выход n-го фотоприемника соединен с соответствующим входом решающей схемы, выполненной в виде N амплитудных селекторов по числу его приемных каналов, каждый из которых состоит из порогового элемента и ключа, двух N-входовых сумматоров, N-входовой схемы совпадения, электронного ключа, трех ждущих мультивибраторов и двух трехвходовых схем совпадения, причем выходы фотоприемников соединены с соответствующими входами амплитудных селекторов и N-входовой схемой совпадения, первые выходы амплитудных селекторов соединены с соответствующими входами первого N-входового сумматора, а вторые выходы амплитудных селекторов - с соответствующими входами второго N-входового сумматора, выход которого соединен со вторым входом электронного ключа, к выходу которого подключены первый ждущий мультивибратор и третий вход второй трехвходовой схемы совпадения, а выход первого N-входового сумматора соединен с первым входом первой трехвходовой схемы совпадения, выход N-входовой схемы совпадения подключен ко второму входу первой трехвходовой схемы совпадения и первому входу электронного ключа, выход первого ждущего мультивибратора соединен с третьим входом первой трехвходовой схемы совпадения, выход которой подключен к входам второго и третьего ждущих мультивибраторов, а выходы последних соединены с первым и вторым входами соответственно второй трехвходовой схемы совпадения, подключенной к входу исполнительного устройства взрывателя.