Прилад керування стрільбою зенітної артилерії

Винахід належить до зенітної артилерії, зокрема, до систем керування стрільбою зенітних артилерійських комплексів С-60 і КС-19 і може бути використаний для керування 57-мм автоматичною зенітною гарматою (АЗГ) та 100-мм зенітною гарматою. Найбільш близький аналог (прототип) по технічній суті і досягненому результату в обчисленні випереджувальних координат положення стволів зенітних гармат і уводу поправок стрільби є телевізійнооптичний візир 9Ш38-2 та прилад керування стрільбою КВ-70. Прилад у своєму складі має послідовно з'єднані аналого-цифровий перетворювач поточних координат цілі, диференційно-згладжувальний пристрій, вузол обчислення траєкторії польоту цілі відповідно до обраної гіпотези її руху, вузол Ітераційного обчислення, цифро-аналоговий перетворювач, вихідний блок, а також послідовно з'єднані блоки телевізійно-оптичного візиру, а саме телевізійну камеру, проміжний блок та відеопереглядовий пристрій. На передній панелі вихідного блоку установлений перемикач, з допомогою якого вручну установлюється значення коректури стрільби за результатами візуального спостереження за слідом трасеру кожної гранати, яка летить. В результаті візуального спостереження визначається центр групування трас гранат відносно обстрілюваної цілі, і голосом передається команда на уведення коректур в вихідний блок приладу керування: стрільбою. Сигнали коректування стрільби jk, bk підсумовуються з сигналами обчислених випереджувальних координат, і в результаті скоректоване значення відпрацьовується синхронно-слідкуючим приводом 57-мм або 100-мм зенітної гармати, змінюючи положення її ствола по куту піднесення j тa азимуту b. Настановлення по бойовій роботі зенітної артилерійської батареї С-60 (57-мм зенітної гармати) і КС-19 (100-мм зенітної гармати) рекомендує проводити коректування тільки при стрільбі по малошвидкісних повітряних цілях (швидкість польоту цілі не більше 60... 100 м/с) і при стрільбі по надводних цілях. Ця рекомендація грунтується на тому, що за час, пройдений від моменту візуального визначення центру групування трас гранат, визначення і ручного вводу коректур, дані коректур настільки застарівають, що їх уведення просто нераціонально, так як вони погіршують ефективність стрільби по цілях, які летять з швидкістю більше 60... 100 м/с. З другого боку точність визначення коректур, цілком природно, дуже приблизна, так як визначення центру групування проводиться в умовах відсутності даних про дальність до обстрілюваної цілі. В результаті оцінка промаху гранати по сліду її трасера проводиться не у картинній площині стрільби, тобто не в площині, перпендикулярній лінії візування цілі, а в площинах, ближчих або дальших від картинної площини. Використання відеопереглядового пристрою телевізійно-оптичного візиру для оцінки промаху гранати по сліду її трасера також недоцільно через те, що неможливе визначення моменту перетину сліду траси картинної площини з зображенням цілі, хоча і сама ціль і слід трасера гранати чітко відображаються на екрані відеопереглядового пристрою. Таким чином, недоліком відомого приладу керування стрільбою, до складу якого входять телевізійнооптичний візир і прилад обчислення випереджувальних координат, є низька точність визначення коректур стрільби і можливість здійснення коректування стрільби тільки по мало-швидкісних повітряних цілях. В основу винаходу поставлене завдання створити такий прилад керування стрільбою зенітного артилерійського комплексу С-60, або КС-19, в якому за рахунок застосування нової керівної Ідеї, реалізованої з використанням додаткових вузлів і блоків, які вводяться, наприклад, до радіоприладового комплексу РПК-1 "Ваза", зокрема, до штатного телевізійно-оптичного візиру і штатного лічильно-вирішувального приладу КВ-70. Основною керівною Ідеєю винаходу є використання штатного телевізійно-оптичного візиру, наприклад, 9Ш38 для вирішення задачі автоматичного коректування стрільби 57-мм, або 100-мм зенітних гармат. Головним моментом для реалізації керівної ідеї є точне визначення моменту перетинання картинної площини цілі та величини промаху гранат в цей момент часу у координатах кута піднесення і азимуту відносно перехрестя телевізійно-оптичного візиру, який автоматично і безперервно суміщається з зображенням цілі за даними станції супроводження цілі (наприклад, РЛС РПК-1 виробу 1РЛ35). Така передумова грунтується на тому, освітленість на вході оптичної голівки телевізійної камери від трасера 57-мм і 100-мм гранат не нижче 800... 900 лк (дивись, наприклад, дослідження, проведені в рамках НДР "Тачальщик-2Л", Київ, Військова академія, 1992 p.), Поставлена задача вирішується за рахунок того, що до приладу керування стрільбою зенітної артилерії, який має послідовно з'єднані аналого-цифровий перетворювач поточних координат цілі, диференційнозгладжувальний пристрій, вузол обчислення траєкторії польоту цілі відповідно до обраної гіпотези її руху, вузол Ітераційного обчислення, цифро-аналоговий перетворювач і вихідний блок, а також телевізійну камеру, проміжний блок, відеопереглядовий пристрій, уведені: датчик моменту пострілу; вузол обчислення кількості кадрових імпульсів; лічильник-регістр кадрових Імпульсів; вузол формування стробу; стробірований відеопідсилювач; лічильник-регістр рядкових Імпульсів; генератор Імпульсів дискретизації рядка; лічильникрегістр Імпульсів дискретизації рядка; оперативний пристрій пам'яті; вузол обчислення центру групування гранат; вузол обчислення коректур стрільби; цифро-аналоговий перетворювач; комутатор ручне-автоматичне коректування, причому вихід датчика моменту пострілу з'єднаний Із входом лічильника-регістра кадрових Імпульсів, третій вхід якого з'єднаний з виходом вузла обчислення кількості кадрових Імпульсів, а другий вхід з'єднаний з виходом відеопереглядового пристрою. Вихід лічильника-регістра кадрових Імпульсів з'єднаний із входом вузла формування стробу, а його вихід з'єднаний зі входом стробірованого відеопідсилювача, а другий вхід стробірованого відеопідсилювача з'єднаний з третім виходом відеопереглядового пристрою. Вихід стробірованого відеопідсилювача з'єднаний Із входами лічильника-регістра рядкових імпульсів і лічильника-регістра Імпульсів дискретизації рядка. Другі входи лічильника-регістра рядкових імпульсів та лічильника-регістра Імпульсів дискретизації рядка з'єднані з другим виходом відеопереглядового пристрою. Виходи лічильника-регістра рядкових імпульсів і лічильникарегістра імпульсів дискретизації рядка з'єднані з першим і другим входами оперативного пристрою пам'яті. Вхід лічильника-регістра імпульсів дискретизації рядка з'єднаний з виходом генератора Імпульсів дискретизації рядка. Вихід оперативного пристрою пам'яті з'єднаний з входом вузла обчислення центру групування гранат, вихід якого з'єднаний з входом вузла обчислення коректур стрільби. Перший і другий виходи вузла обчислення коректур з'єднані з відповідними входами цифро-аналогового перетворювача. Перший і другий виходи цифро-аналогового перетворювача з'єднані з відповідними входами комутатора ручне-автоматичне коректування. До третього і четвертого входу подаються сигнали ручного коректування за допомогою набірного перемикача. Перший і другий виходи комутатора ручне-автоматичне коректування з'єднані з третім і четвертим входами вихідного блоку. Функціональні схеми приладу керування стрільбою зенітної артилерії показані на малюнках: фіг.1 - функціональна схема запропонованого приладу керування стрільбою зенітної артилерії; фіг.2 функціональна схема прототипу приладу керування стрільбою зенітної артилерії. В складі приладу керування стрільбою зенітної артилерії є такі блоки і вузли: аналого-цифровий перетворювач поточних координат цілі 1; диференційно-згладжувальний пристрій 2; вузол обчислення траєкторії польоту цілі відповідно до обраної гіпотези її руху 3; вузол Ітераційного обчислення 4; цифроаналоговий перетворювач 5; вихідний блок 6; телевізійна камера 7; проміжний блок 8; відеопереглядовий пристрій 9; датчик моменту пострілу 10; вузол обчислення кількості кадрових імпульсів 11; лічильник-регістр кадрових імпульсів 12; вузол формування стробу 13; стробірований відеопідсилювач 14; лічильник-регістр рядкових Імпульсів 15; генератор імпульсів дискретизації рядка 16; лічильник-регістр імпульсів дискретизації рядка 17; оперативний пристрій пам'яті 18; вузол обчислення центру групування гранат 19; вузол обчислення коректур стрільби 20; цифро-аналоговий перетворювач 21; комутатор ручне-автоматичне коректування 22. Датчик моменту пострілу 10 призначений для формування електричного імпульсного сигналу в момент пострілу гармати. Датчиком пострілу може бути, наприклад, індуктивний датчик, закріплений на противідкатному, пристрої зенітної гармати. При відкаті ствола датчик перетинає вжитки індукційної котушки, і в результаті виробляється електричний Імпульс, який з виходу датчика моменту пострілу находить на вхід лічильника-регістра кадрових імпульсів 12. Вузол обчислення кількості кадрових імпульсів 11 призначений для розрахунку кількості кадрових імпульсів синхронізації Nкп, які укладаються в інтервали розрахункового польотного часу tп гранат до випередженої картинної площини. Для проведення розрахунку застосовується формула де Тк - період повторення кадрових імпульсів синхронізації; ][ - знак цілого числа. Для цього вхід вузла обчислення кількості кадрових імпульсів синхронізації з'єднаний з другим виходом вузла Ітераційного обчислення 4, по якому надходить цифровий код розрахункового польотного часу гранати в випереджену точку. Вихід вузла обчислення кількості кадрових Імпульсів з'єднаний з третім входом лічильника-регістра кадрових Імпульсів 12. ЛІчильник-регІстр кадрових Імпульсів призначений для формування імпульсного сигналу початку стробу картинної площини. Для цього на другий вхід лічильника-регістра кадрових Імпульсів з виходу відеопереглядового пристрою 9 надходять кадрові Імпульси синхронізації. Рахунок їх кількості починається в момент надходження сигналу з виходу датчика моменту пострілу 10 і продовжується до тих пір, коли їх кількість Nk співпаде з розрахованим числом Nкп. В момент, коли Nк = Nкп виробляється Імпульс формування стробу. Цей Імпульс з виходу лічильника-регістра кадрових Імпульсів надходить на вхід вузла формування стробу 13. Вузол формування стробу призначений для формування стробу дальності, початок якого відповідає дальності до картинної площини, а тривалість стробу обирається не меншою періоду повторення кадрових Імпульсів синхронізації, але може дорівнювати і декільком періодам повторення, виходячи з методів наступної обробки відеосигналів зображення. Таким чином, тривалість стробу дальності, вироблюваного вузлом формування стробу де к - заздалегідь визначене число кадрових імпульсів синхронізації від 1 до N (наприклад, N = 4); Тк - період повторення кадрових імпульсів. Імпульсний сигнал з виходу вузла формування стробу 13 надходить на вхід стробірованого відеопідсилювача 14. Стробірований відеопідсилювач 14 призначений для підсилення відеосигналів зображення в інтервалі часу дії стробу. Відеосигнал зображення надходить на другий вхід стробірованого відеопідсилювача з третього виходу відеопереглядового пристрою 9. Стробірований відеопідсилювач в вихідному стані закритий, а відкривається на час дії стробу, який по дальності відповідає картинній площині. Імпульс стробу надходить на вхід стробірованого відеопідсилювача 14 з виходу вузла формування стробу. Відеосигнали з виходу стробірованого відеопідсилювача надходять на входи лічильника-регістра рядкових імпульсів 15 і лічильника-регістра Імпульсів дискретизації рядка 17. ЛІчильник-регІстр рядкових Імпульсів 15 призначений для рахунку і регістрації номера рядка, в якому є відеосигнали зображення. На вхід лічильникарегістра рядкових імпульсів надходять сигнали з виходу стробірованого відеопідсилювача, а на другий вхід рядкові імпульси синхронізації з другого виходу відеопереглядового пристрою. При появі відеосигналу зображення у лічильнику-регістрі рядкових імпульсів провадиться відлік номера рядкового імпульсу синхронізації, а цифровий код його значення знімається з виходу лічильника-регістру. рядкових Імпульсів і надходить на перший вхід оперативного пристрою пам'яті 18. ЛІчильник-регІстр Імпульсів дискретизації рядка 17 призначений для дискретизації по часу рядкового Інтервалу на дискрети часу де Тс - період повторення рядкових імпульсів синхронізації; Nд - число Імпульсів дискретизації. Число імпульсів дискретизації Nд в рядку розгортки обирається виходячи з вимог точності виміру величини промаху по азимуту. Кути поля зору телевізійно-оптичного візиру 9Ш38-2 в режимі "Широкий" складають по вертикалі 4°50’, по горизонталі 3°38’. Якщо поставити вимогу точності виміру величини промаху гранати 2', то потрібне число імпульсів дискретизації Nд » 100. На третій вхід лічильника-регістра Імпульсів дискретизації надходять імпульси дискретизації з виходу генератора Імпульсів дискретизації рядка. Початок відліку фіксується в момент приходу рядкового Імпульсу синхронізації до другого входу лічильника-регістру 17 з другого виходу відеопереглядового пристрою. При виникненні відеоімпульсів зображення в інтервалі дискретизації рядка лічильник-регІстр фіксує номер дискрету і цифровий код його значення надходить з виходу лічильника-регістру Імпульсів дискретизації рядка 17 на вхід оперативного пристрою пам'яті 18. Оперативний пристрій пам'яті 18 призначений для запам'ятовування та зберігання цифрових кодів номерів рядків і номерів дискретів рядка, в Інтервалах часу яких є відеосигнали зображення картинної площини. Номеру рядка відповідає величина промаху гранати по координаті кута підвищення, а номеру дискрету відповідає величина промаху по координаті азимуту. Вузол обчислення центру групування гранат 19 призначений для розрахунку середньоарифметичного значення величини промаху гранати відносно перехрестя візиру, по координатах азимуту і кута підвищення. Цифрові коди відхилення гранат при стрільбі надходять на вхід вузла обчислення коректур стрільби 19 з виходу оперативного пристрою пам'яті. Вузол обчислення коректур стрільби 20 призначений для перерахунку цифрових кодів номеру рядка і номеру дискрету рядка, відповідних центру групування безпосередньо в кутові відхилення центру розсіювання. Якщо, наприклад, в прототипі застосовується телевізійно-оптичний візир 9Ш38-2, у якого в кадрі 840 рядків розкладання, а число імпульсів дискретизації рядка 100, то з урахуванням кутових розмірів поля зору кожному міжрядковому Інтервалу відповідає 0,3 кутових хвилини, а кожному міждискретному Інтервалу - 2 кутових хвилини. Якщо за початок відліку взяти перетинання рядка з номером 420 і дискрету з номером 50, а в результаті обчислення середньоарифметичного одержано, що центр групування має координати 418 рядка і 48 дискрету, то його відхилення по азимуту відповідає трьом рядкам і двом дискретам, що в кутових величинах відповідає 0,9 кутовим хвилинам по куту підвищення і 4 кутовим хвилинам по азимуту. В даному прикладі ці величини і є значенням сигналів коректування стрільби jк і b к, яким присвоюється зворотний знак. Цифрові коди значень величин jк і bк надходять з виходу вузла обчислення коректур стрільби на перший та другий входи цифроаналогового перетворювача 21. Цифро-аналоговий перетворювач 21 призначений для перетворення цифрових кодів значень величин коректур стрільби в аналоговий сигнал. Сигнали коректур стрільби з першого і другого виходів цифро-аналогового перетворювача надходять на третій і четвертий входи комутатору ручнеавтоматичне коректування стрільби 22. Комутатор ручне-автоматичне коректування стрільби 22 призначений для підключення третього і четвертого входів вихідного блоку 6, або до штатного (у прототипі) ручного коректування, або до першого та другого виходів цифро-аналогового перетворювача 21. Сигнали коректування jк і bк змінюють положення ствола гармати по куту підвищення і азимуту, вводячи відповідну коректуру в обчислене значення випереджувальних координат. Функціонування приладу керування стрільбою зенітної артилерії в динаміці таке. Нехай після захвату цілі на супроводження вузол Ітераційного обчислення автоматично розрахував значення польотного часу гранати при пострілі до випереджувальної точки в картинній площині, яке складає tn = 5с. При періоді повторення кадрових Імпульсів Т к = 690 мкс і tп = 5 с згідно з формулою 1 число Nкп = 72000. Це значення розраховується у вузлі обчислення кадрових імпульсів 11. Цифровий код числа Nкп = 72000 з виходу вузла обчислення кількості кадрових імпульсів надходить на третій вхід лічильника-регістру кадрових імпульсів 12. На перший вхід лічильника-регістру кадрових імпульсів надходить Імпульс з виходу датчика моменту пострілу 10. Цим Імпульсом лічильник-регістр кадрових імпульсів переводиться в режим відліку кадрових імпульсів синхронізації, які надходять з виходу синхрогенератора відеопереглядового пристрою 9 на другий вхід лічильника-регістру кадрових імпульсів. В момент часу, коли на вхід лічильника-регістру кадрових імпульсів надійде Nк = 72000 кадрових Імпульсів синхронізації, рівних значенню Nкп = 72000, лічильник-регістр кадрових Імпульсів 12 виробляє Імпульсний сигнал збігу, який з його виходу надходить на вхід вузла формування стробу 13. Вузол формування стробу 13 виробляє Імпульс, тривалість якого визначається згідно з формулою 2. Якщо к = 1, то тривалість стробу tс = 690 мкс. Цей Імпульс стробірування з виходу вузла формування стробу 13 надходить на вхід стробірованого відеопідсилювача 14. В вихідному стані стробірований відеопідсилювач є закритим і відкривається в момент приходу Імпульсу стробірування. На другий вхід стробірованого відеопідсилювача надходять відеосигнали зображення з третього виходу відеопереглядового пристрою. На вихід стробірованого відеопідсилювача проходять сигнали зображення тільки в картинній площині, тобто для данного прикладу, тільки за час однієї кадрової розгортки. Сигнали з виходу стробірованого відеопідсилювача надходять на входи лічильника-регістру кадрових імпульсів 15 і лічильникарегістру імпульсів дискретизації рядка 17. Нехай зроблено два постріли (темп стрільби максимальний, тобто через 0,5 с). При цьому відеосигнал траси гранати зафіксований в 417 рядку при першому пострілі. Цифровий код номеру рядка (417) запам'ятовується в оперативному пристрої пам'яті 18. При другому пострілі знову повторюються попередні операції, але відносно траси другої гранати, зафіксованій у 419 рядку. Цифровий код номеру рядка (419) запам'ятовується в оперативному пристрої пам'яті. ЛІчильник-регІстр імпульсів дискретизації рядка синхронізується рядковим Імпульсом синхронізації, який надходить з другого виходу відеопереглядового пристрою на другий вхід лічильника-регістру імпульсів дискретизації рядка. Нехай при первому пострілі відеосигнал траси гранати зафіксований в 47 Інтервалі дискретизації. Цифровий код номеру дискрету (47) запам'ятовується в оперативному пристрої пам'яті. При другому пострілі знову повторюються попередні операції, але відносно траси другої гранати, зафіксованій у 49 інтервалі дискретизації рядка. Цифровий код номеру дискрету (49) запам'ятовується в оперативному пристрої пам'яті. Цифрові коди номерів рядків і номерів дискретів рядка з виходу оперативного пристрою пам'яті 18 надходять на вхід вузла обчислення центру групування гранат 19. В цьому вузлі виконуються операції обчислення центру групування згідно з такими формулами: де n - число пострілів; Nсп - цифровий код номеру рядка; Nдп - цифровий код номеру дискрету. Для умов наведеного прикладу, коли робиться два постріли (n = 2), згідно з формулою (4) Цифрові коди центру групування у вигляді значень Nсг I Nдг надходять на вхід вузла обчислення коректур стрільби 20. В цьому вузлі виконуються операції обчислення дійсних значень коректур стрільби у кутових величинах згідно з такими формулами: де Nco(Nдо) - номер рядка (дискрету рядка), який відповідає перехрестю на екрані відеопереглядового пристрою; Dj(Db) - кутові розміри між рядками та між дискретами валків. Якщо застосовується виріб 9Ш38-2, то Nсо = 420 при загальному числі рядків Nc = 840. При загальному числі дискретів рядка Nд = 100, Nco = 50. Наведеним значенням величин Nc і Nд, а також з урахуванням кутових розмірів широкого поля зору телевізійної камери, кутові розміри Db= 2', Dj=0.3'. Тоді, для умов наведеного прикладу згідно (6), маємо Таким чином, центр групування знаходиться зліва і зверху від перехрестя на величині +0,6' і +4'. У вузлі обчислення коректур стрільби проводиться зміна знаку розрахункових значень jко і b ко на зворотний. Тоді, jк = -0.6' і bк = -4'. Саме на такі значення необхідно зменшити розрахункові значення випереджувальних координат кута підвищення і азимуту ствола гармати, щоб центр групування трас гранати був на зображенні цілі в перехресті візиру. Цифрові коди значень величини jк і b к з першого і другого виходів вузла обчислення коректур стрільби надходять на перший і другий входи цифро-аналогового перетворювача 21, де робиться їх перетворення в аналогову форму. Далі сигнали надходять на перший і другий входи комутатора ручне-автоматичне коректування стрільби 22, а з нього на третій і четвертий входи вихідного блоку 6. У вихідному блоці проводиться підсумування розрахункових значень сигналів керування електричними синхронно-слідкуючими приводами гармат у двох взаємно-перпендикулярних площинах з сигналами коректування jк і bк, змінюючи положення ствола так, щоб він був спрямований в центр групування гранат при пострілах. Всі нові вузли реалізуються на стандартних мікросхемах, перелік яких наведено в довіднику "Інтегральні мікросхеми" за редакцією Б.В. Тарабріна. Москва, "Радіо і зв'язок", 1983. Наприклад, вузол обчислення кількості кадрових Імпульсів може виконуватись на мікропроцесорі К155ИЕ7; лічильник-регістр кадрових імпульсів та К155ИЕ7; вузол формування стробу на К155ЛА3, К155ТМ2; стробірований відеопідсилювач на К118УН1А; лічильник-регістр рядкових Імпульсів на К155ИЕ7; генератор імпульсів дискретизації рядка на КТ55АГ3; лічильник-регістр Імпульсів дискретизації рядка на К155ИЕ7; оперативний пристрій пам’яті на К155РУ1; вузол обчислення центру групування гранат на КР580ИК80А; вузол обчислення коректур стрільби на КР580ИК80А; цифро-аналоговий перетворювач на КР572ПА1А; комутатор ручне-автоматичне коректування на КР119КП1.