Спосіб прицілювання нашоломною системою цілевказівки і пристрій для його реалізації

Винахід відноситься до оптико-механічних та оптико-електронних пристроїв і може бути використаний в системах наведення і системах управління авіаційними комплексами. Нам відомо спосіб визначення орієнтації осі візира, патент СІЛА №3,375.375, якій полягає в тому, що за допомогою скануючих фото-приймальних блоків визначають кутове положення джерел випромінювання фотоелементів (ФЕ) методом поелементної пеленгації. Визначають площину у просторі, яка проходить через ФЕ, і встановлюють до неї перпендикуляр, який є колінеарним осі візира. Нам відомі оптико-електронні пристрої дистанційного визначення орієнтації нашоломного візира [патенти США: №№ 3.678.823, 4.209.254, 3.375.375, 3.917.412; а.с. СРСР № 214499; патенти Франції №№ 2.076.693, 2.168.425], виконані за схемою поелементної пеленгації джерел випромінювання ФЕ, розташованих на захисному шоломі і орієнтованих відносно осі візира, а сигнали кутів-пеленгів визначаються скануючими фотоприймальними блоками. Після цього розраховують просторові положення джерел випромінювання, які визначають кутове положення оптичної осі нашоломного візира. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого способу є спосіб визначення орієнтації осі візира [див. технічну документацію на виріб "Сура", Свідоцтво виняткової правомочності КП"ЦКБ"Арсенал", ВП № 780], узятий за прототип. Суть відомого способу полягає в тому, що за допомогою скануючих фото-приймальних блоків (Фіг.1) каналів А і Б визначають первинні кути-пеленги на кожний випромінюючий діод (Аі, Бі, і=3), після чого за визначеними пеленгами та відомим розміром трикутника ИД1 ИД2 ИД3 будують площину у просторі, в якій лежать випромінюючі діоди, і визначають нормаль до цієї площини, яка являється напрямком візирного променя, який визначається вертикальним ( j z0 ) и горизонтальним ( j y 0 ) кутами в системі координат носія OXc, OYc , OZc (Фіг.2). Недоліком цього способу являється обмежений в просторі діапазон зміни кутового положення лінії візування. Заштрихо вана область на Фіг.1 представляє собою зону видимості випромінюючих діодів одночасно скануючими пристроями А і Б. Скануючий пристрій А проглядає зону кута А1 АБ2, а скануючий пристрій Б проглядає зону кута Б1АА2. Крива А1Б1 обмежує зону видимості по віддаленню випромінюючих діодів від скануючих пристроїв. Її положення визначається енергетичними характеристиками випромінюючих діодів та чутливістю фотоприймальних пристроїв. Поставлена задача створення способу і пристрою, які розширять зону визначення лінії візування. Поставлена задача створення способу прицілювання за допомогою нашоломної системи цілевказівки, в основу якого покладено сканування простору знаходження нашоломного вузла с n випромінюючими діодами плоскими оптичними віяловими променями, визначення первинних пеленгів на кожний з n випромінюючих діодів і положення n випромінюючих діодів в просторовій площині, яка проходить через реперні точки нашоломного вузла, в яких розміщені випромінюючі діоди, досягається тим, що у випадку виходу випромінюючих діодів із зони сканування положення вектора цілевказівки визначають, використовуючи абсолютні кутові швидкості нашоломного вузла і носія. Поставлена задача створення пристрою прицілювання нашоломної системи цілевказівки, в состав якого входять нашоломний вузол з випромінюючими діодами, розміщений на захисному шоломі, скануючі блоки, блок визначення кодів пеленгів і пристрій визначення лінії візування, досягається тим, що введені блок визначення кутови х швидкостей нашоломного вузла, блок визначення кутових швидкостей носія, пристрій визначення лінії візування в розширеній зоні и комутатор, при цьому виходи блоків визначення кутових швидкостей нашоломного вузла і визначення кутових швидкостей носія зв'язані відповідно з першим та другим входами пристрою визначення лінії візування в розширеній зоні, вихід якого зв'язано з першим входом комутатора, а другий вхід комутатора і третій вхід пристрою визначення лінії візування в розширеній зоні зв'язані з виходом пристрою визначення лінії візування. Суть запропонованого способу заключається в тому, що у випадку виходу випромінюючого діоду із зони видимості (заштрихована область на Фіг.1), останні значення вертикального ( j z0 ) и горизонтального ( j y 0 ) кутів лінії візування фіксуються, а їх прирости за межами видимості визначаються за даними датчиків абсолютних кутови х швидкостей носія ( w xc , w y c , w zc ) і нашоломного вузла ( w xh , w y h, w zh ). Це пояснюється наступним математичним описом. _ Вектор кутової швидкості нашоломного вузла відносно носія ( w hc ) _ _ дорівнює різниці векторів кутової швидкості нашоломного вузла ( w h ) і кутової швидкості носія ( w c ). _ _ _ w hc = w h - wc (1) Або в проекціях на осі променевої системи координат: w xhc = w xc cos n hc cos y hc + w yc ( - sin n hc cos y hc cos g hc + sin y hc sin g hc ) + ü ï + w zc (sin n hc cos y hc sin g hc + sin y hc cos g hc ) - w xh ï ï w yhc = w xc sin n hc + w yc cos n hc cos g hc - w zc cos n hc sin g hc - w yh ý w zhc = w xc cos n hc sin y hc + w yc (sin n hc sin y hc cos g hc + cos y hc sin g hc ) + ï ï ï + w zc ( - sin n hc sin y hc sin g hc + cos y hc cos g hc ) - w zh þ (2) Із відомих рівнянь, які зв'язують кутові швидкості системи і похідні кутів Ейлера, можна записати: × n hc = w xhc sin g hc + w zhc cos g hc × 1 y hc = w y hc cos g hc - w zhc sin g hc cos n hc ( ) ( × g hc = w xhc - tgn hc w y hc cos g hc - w zhc sin g hc ü ï ï ï ý ï ï ï þ (3) ) де y hc , n hc , g hc - прирости кутів Ейлера після виходу випромінюючих діодів із зони видимості. Інтегруючи вираз (3), отримуємо залежні від часу поточні значення кутів, які входять до (2) t × t × t × 0 0 0 g hc = ò g hc dt , g hc = ò y hc dt , g hc = ò n hc dt (4) а вихідні кути цілевказівки визначаються сумою запом'ятованих на момент виходу із зони видимості кутів j z0 и j y0 і їх приростів (4). Тоді кути цілевказівки в розширеній зоні визначаються виразом: j y = j y0 + y hc , j z = j z0 + n hc (5) При цьому діапазон кутів j y , j z обмежень не має, тобто цілевказівка і по горизонту і по вертикалі здійснюється в діапазоні ±180°. У випадку повернення в зону видимості дана система може працювати як в режимі визначення візирної лінії за допомогою скануючих пристроїв, так і в режимі із використанням датчиків кутови х швидкостей. Даний вибір може бути зроблений, виходячи з точності системи. Суть запропонованого винаходу пояснюється на Фіг.1, Фіг. 2, Фіг.3. На Фіг. 1 представлена діаграма зони видимості випромінюючих діодів скануючими блоками А і Б. ХC, ZC - подовжня і бокова осі системи координат носія. На Фіг. 2 представлена діаграма лінії візування ОХЛ з вертикальним ( j z ) і горизонтальним ( j y ) кутами в системі координат носія OXС, OYС, OZС. На Фіг. 3 представлена блок-схема запропонованого пристрою, в якій блоки 1-7 спільні для пристроюпрототипу і запропонованого пристрою, а блоки 8-11 додатково введені для реалізації поставленої задачі. На Фіг. 3 зображена блок-схема запропонованого пристрою, реалізуючого запропонований спосіб, де для рішення поставленої задачі у відомий пристрій прицілювання нашоломною системою цілевказівки, який складається з нашоломного вузла 1 з випромінюючими діодами 2, розташованого на захисному шоломі 3, скануючих блоків 4,5, блока визначення пеленгів 6 і пристрою визначення лінії візування 7, додатково введені: - комутатор 8; - пристрій визначення лінії візування в розширеній зоні 9; - блок визначення кутових швидкостей нашоломного вузла 10; - блок визначення кутових швидкостей носія 11, при цьому ви ходи блоків визначення кутови х швидкостей нашоломного вузла 10 і визначення кутових швидкостей носія 11 зв'язані відповідно з першим та другим входами пристрою визначення лінії візування в розширеній зоні 9, вихід якого зв'язано з першим входом комутатора 8, другий вхід якого і третій вхід пристрою визначення лінії візування в розширеній зоні 9 зв'язані з виходом пристрою визначення лінії візування 7. Таким чином, поставлена мета досягається за рахунок введення у відому систему цілевказівки блоків 8, 9, 10 и 11, які дозволяють отримати положення візирної лінії за межами зони сприймання випромінюючих діодів скануючими блоками. Пристрій працює наступним чином. Блоки 1-7 формують на виході блоку 7 горизонтальну і вертикальну складові лінії візування кути j y , j z , отримані методом сканування простору знаходження нашоломного вузла з випромінюючими діодами. Ці кути поступають на вхід комутатора 8 і водночас на вхід пристрою визначення лінії візування в розширеній зоні 9. У випадку виходу хоча б одного випромінюючого діоду 2 із зони видимості скануючих блоків 4 и 5, значення кутів лінії візування заморожуються. Пристрій визначення лінії візування в розширеній зоні 9 за даними блоків визначення кутових швидкостей нашоломного вузла і носія 10,11 розраховує відповідно до формул (2), (3), (4) прирости кутів лінії візування, які входять до формули (2). Вихідні кути лінії візування в розширеній зоні визначаються виразом (5). Комутатор 8 в якості результуючого положення лінії візування підключає в залежності від положення візирного променя в просторі сигнал, який приходить або на перший його вхід або на другий. Таким чином, результуючим положенням лінії візування являється або розраховане в системі сканування або розраховане за кутовими швидкостями носія і нашоломного вузла. Обчислювальний пристрій визначення лінії візування в розширеній зоні може бути реалізований, наприклад, на базі сигнального процесора фірми Texas Instruments (сімейство сигнальних процесорів TMS320) чи на базі сигнального процесора фірми Analog Devices (сімейство сигнальних процесорів ADSP21xx). Блоки визначення кутови х швидкостей можуть бути реалізовані на базі акселерометрів ряду AD XL фірми Analog Devices .