Спосіб оптичного програмування снаряда та система для його здійснення

Реферат: Система для оптичного програмування снаряда, який знаходиться в польоті в результаті пострілу; система складається з пристрою керування стрільбою та керованого снаряда. До складу пристрою керування стрільбою входить оптичний передавач, а снаряд містить детонатор, оптичний колектор та оптичний сенсор. Передавач надсилає оптичні сигнали до снаряда, який знаходиться в польоті, з метою програмування схеми детонатора, розташованої в снаряді. UA 98976 C2 (12) UA 98976 C2 UA 98976 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ГАЛУЗЬ ВИНАХОДУ Даний винахід в цілому стосується програмування снаряда, який знаходиться в польоті внаслідок пострілу з пристрою керування стрільбою, а зокрема - застосування оптичномодульованих сигналів для програмування такого снаряда. РІВЕНЬ ТЕХНІКИ Відомі на даний час способи програмування снарядів під час їх польоту мають ряд суттєвих недоліків. Недоліком застосування технології «Oerlikon AHEAD» є те, що вона споживає занадто велику кількість енергії. Котушки програмування, які застосовуються цією системою, є надто громіздкими й масивними. Застосування радіочастот (РЧ) для передачі сигналів програмування (радіочастоти компанії NAMMO) робить цю технологію уразливою для перешкод з боку систем боротьби з саморобними вибуховими пристроями (СВП). Патенти BOFORS Larson обмежили застосування цієї технології зброєю, в якій канал ствола замикається затвором. В патенті США, опублікованому за № 2005/0126379, описана послідовність обміну даними на радіочастотах для встановлення режимів в електронних детонаторах. Причому програмування снарядів обмежується програмуванням на стадії, яка передує їх запуску. Цей патент не надає жодного способу програмування снаряда під час його польоту. В патенті США за № 5, 102, 065 описано систему для коригування траєкторії снаряда. Тут передача сигналів корекції здійснюється за допомогою лазерного променя. Сигнали корекції спрямовуються до снаряда, а снаряд отримує інформацію і застосовує її з метою виконання відхилення в своїй траєкторії. Однак, застосування снарядів, оснащених самокеруванням, потребує значних коштів і виправдане лише для знищення ще більш дорогих об'єктів. Крім того, в патенті США № 4406430 описано систему дистанційного оптичного управління для снарядів, оснащених системою самокерування. Описана тут система дистанційного керування допомагає снаряду вразити потрібну ціль за допомогою модифікації траєкторії польоту цього снаряда. В жодному з цих двох патентів не розглядається програмування снарядів, не оснащених системою самокерування. В патенті США № 6, 216, 595 описано процес програмування часу спрацьовування елемента снаряда в польоті. Цей час спрацьовування передається за допомогою радіочастотних сигналів. Застосування радіочастот додає ряд недоліків, які перешкоджають ефективній передачі сигналів, зокрема, таким недоліком є завади з боку систем боротьби з саморобними вибуховими пристроями. В патенті США № 6, 170, 377 описано спосіб і пристрій для передачі даних програмування часу спрацювання детонатора в снаряді, яка виконується за допомогою передавальної котушки індуктивності. Котушки індуктивності занадто громіздкі і масивні. В патенті США № 6, 138, 547 описано спосіб і систему програмування детонаторів за допомогою електричних імпульсів програмування, які застосовуються для передачі даних між програмуючим пристроєм та детонатором, який підлягає програмуванню. У всіх описаних вище системах, наявних на даний час, внаслідок осциляції снаряда, важко підтримувати постійний контакт або близькість між зовнішнім джерелом імпульсів програмування та елементом керування, розташованим на снаряді. Крім того, всі ці способи потребують значних затрат для модифікацій конструкції зброї, що обмежує їх застосування. СУТНІСТЬ ВИНАХОДУ Метою даного винаходу є моделювання сигналу снаряда за допомогою набору інструкцій. Інша мета даного винаходу полягає в наданні можливості передачі модульованих оптичних сигналів від передавача, зв'язаного зі зброєю (пусковою установкою), до снарядів. Ще одна мета даного винаходу полягає в програмуванні схеми детонатора за допомогою модульованого оптичного сигналу. Система для оптичного програмування снаряду за даним винаходом складається з пристрою керування стрільбою, оснащеного оптичним передавачем для передачі модульованого оптичного сигналу, та зі снаряда, оснащеного прозорою оболонкою (колектором) для уловлювання модульованих оптичних сигналів, детонатором та оптичним сенсором. Оптичний передавач надсилає програмуючі сигнали в напрямку снаряда (який знаходиться в польоті) з достатніми значеннями ширини променя, частоти та потужності. Оптичне світло модулюється за амплітудою, в результаті чого утворюється оптичний сигнал. В нормальному випадку сигнал програмування має в своєму складі елемент ідентифікації функціонального режиму та, за необхідності, оптимальний час дії цього функціонального режиму. Логарифмічний вхід дає можливість електронній системі детонатора відрізняти модульований вхідний сигнал від інших оптичних променів. 1 UA 98976 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Після передачі оптичний промінь приймається прозорим колектором, встановленим на снаряді. Цей колектор здійснює заломлення, та/або відбиття і фокусує прийнятий модульований оптичний сигнал на оптичному сенсорі. Отримавши модульовані оптичні сигнали, цей оптичний сенсор активується. Активований сенсор модулює схему детонатора. Вищезгадані та інші цілі, особливості та переваги даного винаходу, легше зрозуміти, користуючись детальним описом даного винаходу, проілюстрованим на фігурах, які супроводжують опис винаходу. КОРОТКИЙ ОПИС РИСУНКІВ Варіанти виконання даного винаходу, наведені в детальному описі в поєднанні з доданими рисунками, мають на меті проілюструвати даний винахід, не обмежуючи його лише цими варіантами, причому подібні елементи мають однакові позначення, де: На фігурі 1 зображено зброю для стрільби снарядами, а також пристрій керування стрільбою 22 для передачі оптичних сигналів до снаряда 40, який знаходиться в польоті. На фігурах 2-5 зображено процес отримання оптичних сигналів (32, 34) снарядом 40, який знаходиться в польоті. На фігурах 6, 7 зображено як застосовується обертання з метою забезпечення ефективного прийому оптичного сигналу. На фігурах 8, 9, зображений цикл рискання снаряда 40, який знаходиться в польоті. На фігурі 10 показаний альтернативний варіант виконання даного винаходу з прозорою лінзою 70, встановленою на колекторі 44. На фігурі 11 показано зведення модульованих оптичних сигналів (32, 34) зі снарядом 40, який знаходиться в польоті. ДЕТАЛЬНИЙ ОПИС ВИНАХОДУ Варіанти виконання даного винаходу надають спосіб і систему оптичного програмування снаряда 40, який знаходиться в польоті. В описі даного винаходу представлені численні конкретні деталі, такі як приклади компонентів і/або механізмів, метою цього є ретельне пояснення різних варіантів виконання даного винаходу. Однак, для кваліфікованих фахівців в даній галузі стане зрозумілим, що практичне застосування того чи іншого варіанту виконання даного винаходу може здійснюватись без однієї чи декількох конкретних описаних тут деталей, або з застосуванням інших пристроїв, систем, вузлів, способів, компонентів, матеріалів, складових частин і/або тому подібного. З іншого боку, широко відомі конструкції, матеріали або операції тут детально не показані, або не описані в дрібних деталях, щоб не ускладнювати розуміння аспектів варіантів виконання даного винаходу. На фіг. 1 зображена система оптичного програмування снаряду для стрільби 100, яка має в своєму складі зброю (механізм для стрільби) 20 та пристрій керування стрільбою 22, і призначена для здійснення пострілу снарядом 40. Пристрій керування стрільбою 22 має в своєму складі оптичний передавач 26. Зброя 20 вистрілює снаряд 40, а оптичний передавач 26 надсилає оптичні сигнали (32, 34) до снаряду 40, який знаходиться в польоті. Зброя 20 може являти собою будь-яку вогнепальну зброю, гармату, пускову установку, ракетну касету або повітряне судно і т.п. В складі багатьох видів зброї є стволи 24. Оптичний передавач 26 являє собою джерело випромінювання світла, до складу якого входять, наприклад, один або кілька світлодіодів, джерела лазерних променів і тому подібне. Оптичний передавач 26 може надсилати оптичні сигнали (32, 34) на дискретних частотах в ультрафіолетовому, видимому та інфрачервоному діапазонах. В одному з виконань даного винаходу оптичні сигнали (32, 34), які оптичний передавач 26 надсилає до снаряду 40, являють собою цифрові сигнали програмування, модульовані пристроєм керування стрільбою 22 таким чином, щоб вони містили в собі набір інструкцій. Такі набори інструкцій являють собою протоколи програмування. В нормальному випадку до складу сигналу програмування входитиме функціональний режим, а також - за необхідності оптимальний час роботи цього режиму. Оптичний передавач 26 може також разом з сигналами програмування надсилати сигнали синхронізації. В цих сигналах синхронізації міститься така інформація, як, наприклад, завчасновизначений часовий проміжок, протягом якого детонатор 48 (розташований в снаряді) буде сприймати вхідні сигнали. Після досягнення межі часового вікна детонатор 48 більше не буде сприймати будь-яких сигналів. Це допомагає запобігати втручанню в роботу детонатора з боку будь-яких сторонніх сигналів (тобто, сигналів, які не є надісланими з оптичного передавача 26 пристрою керування стрільбою 22). Це також може допомогти в зменшенні споживання енергії детонатором 48. На фіг. 2-5 показані різноманітні компоненти снаряда 40, а також функції, які вони виконують. Снаряд 40 має в своєму складі носову частину 42, колектор 44, один або декілька 2 UA 98976 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 сенсорів 46, а також електронний детонатор 48. Носова частина 42 має форму склепіння і містить в собі колектор 44. Колектор 44 має прозору оболонку, яка захищає розташований під ним сенсор 46. Далі цей сенсор 46 приєднано до електронного детонатора 48. Модульовані оптичні сигнали 30 передаються в напрямку снаряда 40 з достатніми шириною та потужністю променя, що дозволяє оптимізувати процес передачі. Ці надіслані модульовані оптичні сигнали перетинають траєкторію польоту снаряда 40, в результаті чого колектор 44 має можливість приймати ці сигнали, як показано на фіг. 3 та 4. Колектор 44 заломлює, відбиває і фокусує модульовані оптичні сигнали (32, 34) на сенсор 46. Сенсор 46 розпізнає ці модульовані оптичні сигнали (32, 34), відрізняючи їх від інших сигналів, з метою активації електронної схеми керування. Активована схема керування 46 застосовує логарифмічну систему розпізнавання вхідного сигналу з метою модуляції електронного детонатора 48, показаного на фіг. 4. На фіг. 6, 7 зображено різні ступені обертання снаряда 40 в польоті, що дає можливість забезпечити оптимальний прийом оптичних сигналів (32, 34) снарядом 40. Обертання снаряда викликане взаємодією полів та канавок нарізу ствола зброї з штифтом снаряда під час його проходження по стволу зброї. На фіг. 6 зображено детальний вигляд положення колектора 44, розташованого в носовій частині 42 снаряда 40 таким чином, який дає можливість колектору 44 приймати як прямі оптичні сигнали 32, так і відбиті оптичні сигнали 34, відбиті від поверхонь 50, які знаходяться на шляху променів. На фіг. 7 зображено детальний вигляд положення колектора 44, який отримує лише відбиті оптичні сигнали 34. В цьому положенні кут нахилу осі обертання 60 снаряда 40 по відношенню до вертикальної площини має таку величину, яка не дозволяє колектору 44 приймати прямі оптичні сигнали 32. На фіг. 8, 9 зображено цикл зміни рискання снарядів 40 під час польоту. На фіг. 8 показано яким чином рискання дає можливість снаряду 40 здійснювати обертання навколо своєї вертикальної осі. Рискання снаряда 40 може бути викликано низкою добре відомих механічних факторів. Завдяки рисканню снаряд 40 може зайняти таке положення, щоб прийом оптичних сигналів (32, 34) був більш ефективним. На фіг. 9 показано, як передачу оптичних сигналів 30 оптимізувати за допомогою надлишкових сигналів. Оптичний передавач 26 надсилає надлишкові оптичні сигнали з метою оптимізації прийому. Вимушене обертання снаряда також обумовлює природне екранування сонячних променів, які могли б перешкоджати передачі оптичного сигналу. За рахунок включення надлишкових сигналів, які повторюються з частотою, що співпадає з обертанням снаряда, прямі сонячні промені можна екранувати, що дозволяє поліпшити обробку сигналу. В альтернативному варіанті виконання даного винаходу, як показано на фіг. 10, колектор 44 може бути змонтовано в будь-якому положенні на носовій частині 42 снаряда 40. До складу колектора 44 також може входити прозора лінза 70, яка допомагає оптимізувати процес прийому надісланих передавачем прямого сигналу 32 та/або відбитого сигналу 34. Як показано на фіг. 11 оптичний передавач 26 сфокусовано і розташовано таким чином, щоб використовувати геометричне положення і розходження променя 110 з метою надсилання світлового променя безпосередньо на траєкторію польоту снаряда. На фіг. 11 також показана відстань інтенсивного сигналу 90. За межами цієї відстані інтенсивність оптичного передавача 26 ослаблюється, і перетинання модульованого оптичного сигналу зі снарядом, який знаходиться в польоті, не відбувається. Перетин траєкторії польоту снаряда модульованим оптичним сигналом з ефективним прийомом сигналу відбувається в зоні ефективного прийому сигналу 80. Цю зону ефективного прийому сигналу 80 можна варіювати шляхом зміни таких параметрів, як потужність сигналу і ширина променя. Передача модульованих оптичних сигналів залежить від численних факторів, таких як резонанс передачі в інфрачервоному діапазоні після пострілу 82, впливу віддачі гармати і ударної хвилі 83, зони ствольного спалаху і залишків спаленого пороху 84, часу відновлення батареї 86 та частоти рискання снаряду. Слід розуміти, що даний винахід не обмежується лише тими варіантами його виконання, які було представлено і проілюстровано в даному описі. Кваліфіковані фахівці в даній галузі зможуть знайти численні можливості для модифікацій, змін, варіацій, замін та еквівалентів, які не будуть означати виходу за межі руху даного винаходу та за його рамки, визначені нижче в формулі винаходу. 55 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 60 1. Спосіб оптичного програмування снаряда, який знаходиться в польоті внаслідок пострілу з пристрою керування стрільбою, що включає наступні кроки: а) передачу модульованих оптичних сигналів до вищезгаданого снаряда від оптичного передавача, приєднаного до вищезгаданого пристрою керування стрільбою, 3 UA 98976 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 б) уловлювання вищезгаданих модульованих оптичних сигналів колектором, встановленим на вищезгаданому снаряді, в) отримання вищезгаданих модульованих оптичних сигналів від колектора сенсором, розташованим в вищезгаданому снаряді, причому вищезгадані модульовані оптичні сигнали активують вищезгаданий сенсор, та г) модуляцію схеми детонатора вищезгаданим активованим сенсором. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вищезгадані модульовані оптичні сигнали передають з визначеними шириною променя, потужністю і частотою. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що функціонування вищезгаданого передавача та вищезгаданого сенсора відбувається на дискретних частотах в одному з наступних діапазонів: ультрафіолетовому, видимому та інфрачервоному. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вищезгадані модульовані оптичні сигнали модулюють принаймні або за амплітудою, або за частотою. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вищезгадані модульовані оптичні сигнали містять протокол програмування, до якого включено щонайменше функціональний режим і оптимальний час його функціонування. 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вищезгаданий колектор виготовляють з прозорого матеріалу. 7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вищезгаданий колектор уловлює прямі і відбиті модульовані оптичні сигнали, надіслані вищезгаданим оптичним передавачем. 8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вищезгаданий колектор заломлює, відбиває і фокусує вищезгаданий модульований оптичний сигнал на вищезгаданий сенсор. 9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вищезгадана схема детонатора застосовує логарифмічний вхід для того, щоб відрізнити вищезгадані модульовані оптичні сигнали від інших оптичних променів. 10. Спосіб оптичного програмування снаряда, який знаходиться в польоті внаслідок пострілу з пристрою керування стрільбою, що включає наступні кроки: а) передачу модульованих оптичних сигналів до вищезгаданого снаряда від передавача, приєднаного до вищезгаданого пристрою керування стрільбою, б) уловлювання вищезгаданих модульованих оптичних сигналів колектором із прозорого матеріалу, встановленим на вищезгаданому снаряді, в) отримання вищезгаданих модульованих оптичних сигналів від колектора сенсором, розташованим в вищезгаданому снаряді, причому вищезгадані модульовані оптичні сигнали активують вищезгаданий сенсор, та г) модуляцію схеми детонатора вищезгаданим активованим сенсором. 11. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що вищезгадані модульовані оптичні сигнали передаються з певними значеннями ширини променя, потужності і частоти. 12. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що функціонування вищезгаданого оптичного передавача та вищезгаданого сенсора відбувається на дискретних частотах в одному з наступних діапазонів: ультрафіолетовому, видимому та інфрачервоному. 13. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що вищезгадані модульовані оптичні сигнали модулюються принаймні або за амплітудою, або за частотою. 14. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що вищезгадані модульовані оптичні сигнали містять протокол програмування, до якого включено щонайменше функціональний режим і оптимальний час його функціонування. 15. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що вищезгаданий снаряд має прозору оболонку. 16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що вищезгадана прозора оболонка захищає вищезгаданий сенсор. 17. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що вищезгаданий колектор уловлює прямі і відбиті модульовані оптичні сигнали, надіслані вищезгаданим оптичним передавачем. 18. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що вищезгаданий колектор заломлює, відбиває і фокусує вищезгаданий модульований оптичний сигнал на вищезгаданий сенсор. 19. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що вищезгадана схема детонатора застосовує логарифмічний вхід для того, щоб відрізнити вищезгадані модульовані оптичні сигнали від інших оптичних променів. 20. Система для оптичного програмування снаряда, який знаходиться в польоті в результаті пострілу з пристрою керування стрільбою, що включає: а) оптичний передавач, приєднаний до вищезгаданого пристрою керування стрільбою, призначений для надсилання модульованих оптичних сигналів до вищезгаданого снаряда, 4 UA 98976 C2 5 10 15 20 б) колектор, змонтований на вищезгаданому снаряді, призначений для уловлювання вищезгаданих модульованих оптичних сигналів та виготовлений з прозорого матеріалу, в) сенсор, розташований всередині вищезгаданого снаряда, призначений для отримання вищезгаданих модульованих оптичних сигналів від вищезгаданого колектора, які активують вищезгаданий сенсор, та г) схему детонатора, яка модулюється вищезгаданим активованим сенсором. 21. Система за п. 20, яка відрізняється тим, що функціонування вищезгаданого оптичного передавача та вищезгаданого сенсора відбувається на дискретних частотах в одному з наступних діапазонів: ультрафіолетовому, видимому та інфрачервоному. 22. Система за п. 20, яка відрізняється тим, що вищезгаданий снаряд містить прозору оболонку. 23. Система за п. 22, яка відрізняється тим, що вищезгаданий сенсор розташовується всередині вищезгаданої захисної оболонки. 24. Система за п. 20, яка відрізняється тим, що вищезгаданий колектор виготовлено з прозорого матеріалу, який може заломлювати і відбивати сигнал. 25. Система за п. 20, яка відрізняється тим, що вищезгаданий колектор уловлює прямі і відбиті модульовані оптичні сигнали, надіслані вищезгаданим оптичним передавачем. 26. Система за п. 20, яка відрізняється тим, що вищезгаданий колектор заломлює, відбиває і фокусує вищезгаданий модульований оптичний сигнал на вищезгаданий сенсор. 27. Система за п. 20, яка відрізняється тим, що вищезгадана схема детонатора застосовує логарифмічний вхід для того, щоб відрізнити вищезгадані модульовані оптичні сигнали від інших оптичних променів. 5 UA 98976 C2 6 UA 98976 C2 7 UA 98976 C2 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8