патент
№ RU 2675101
МПК F41G3/22

Система регистрации лазерного целеуказания

Авторы:
Джурасович Петр Дмитриевич Щербинин Николай Павлович Стариков Вячеслав Михайлович
Все (9)
Номер заявки
2018111500
Дата подачи заявки
30.03.2018
Опубликовано
14.12.2018
Страна
RU
Дата приоритета
25.05.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
3
Реферат

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано при проведении летных испытаний (ЛИ) авиационных комплексов и систем авиационного вооружения, оснащенных лазерными системами целеуказания и наведения. Система регистрации лазерного целеуказания включает мишень (1), блок прицеливания (2), совмещенный с лазерным излучателем, координатную матрицу (3), состоящую из фотоприемников с фиксированным порогом обнаружения лазерного излучения и формирования сигнала, установленных на площади мишенного поля (4), блок сбора и преобразования сигналов в последовательный код (5), блок преобразования сигналов в стандартный формат (7) персонального компьютера, персональный компьютер (8), приемник глобальной навигационной спутниковой системы (9). Вход каждого фотоприемника оптически связан с лазерным излучателем. Выход каждого фотоприемника соединен с входами блока сбора и преобразования сигналов в последовательный код (5), выход которого соединен с входом блока преобразования сигналов в стандартный формат (7) персонального компьютера. Выход блока преобразования сигналов подключен к входу персонального компьютера (8). К другому входу компьютера (8) подключен выход приемника глобальной навигационной спутниковой системы (9). При этом фотоприемники с фиксированным порогом обнаружения лазерного излучения и формирования сигнала выполнены с цифровыми быстродействующими схемами измерения амплитуды сигналов. В систему регистрации лазерного целеуказания дополнительно введены диффузно-отражающие площадки, установленные на штангах на заданном расстоянии от оптических входов фотоприемников. Каждая диффузно-отражающая площадка оптически связана с входом каждого фотоприемника. Выход цифровой быстродействующей схемы каждого фотоприемника соединен посредством проводной связи с блоком сбора и преобразования сигналов в последовательный код (5). Обеспечивается повышение точности регистрации координат энергетического центра лазерного пятна и увеличение диапазона регистрации траектории лазерного пятна без ограничения курсов летательного аппарата-носителя. 3 ил.

Формула изобретения

Система регистрации лазерного целеуказания, включающая: мишень; блок прицеливания, совмещенный с лазерным излучателем; координатную матрицу, состоящую из фотоприемников с фиксированным порогом обнаружения лазерного излучения и формирования сигнала, установленных на площади мишенного поля; блок сбора и преобразования сигналов в последовательный код; блок преобразования сигналов в стандартный формат персонального компьютера, персональный компьютер, приемник глобальной навигационной спутниковой системы, при этом вход каждого фотоприемника оптически связан с лазерным излучателем, а выход каждого фотоприемника соединен с входами блока сбора и преобразования сигналов в последовательный код, выход которого соединен с входом блока преобразования сигналов в стандартный формат персонального компьютера, а выход блока преобразования сигналов подключен к входу персонального компьютера, к другому входу которого подключен выход приемника глобальной навигационной спутниковой системы, отличающаяся тем, что фотоприемники с фиксированным порогом обнаружения лазерного излучения и формирования сигнала выполнены с цифровыми быстродействующими схемами измерения амплитуды сигналов, а также в систему регистрации лазерного целеуказания дополнительно введены диффузно-отражающие площадки, установленные на штангах на заданном расстоянии от оптических входов фотоприемников, при этом каждая диффузно-отражающая площадка оптически связана с входом каждого фотоприемника, а выход цифровой быстродействующей схемы каждого фотоприемника соединен посредством проводной связи с блоком сбора и преобразования сигналов в последовательный код.

Описание

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано при проведении летных испытаний (ЛИ) авиационных комплексов и систем авиационного вооружения, оснащенных лазерными системами целеуказания (ЦУ) и наведения.

В летных испытаниях система регистрации лазерного целеуказания (СРЛЦ) находит применение при оценке промаха авиационного средства поражения (АСП) класса «воздух-поверхность» с лазерной головкой самонаведения (ЛГСН) относительно мишени. Промах зависит от точности наведения энергетического центра лазерного луча на мишень (лазерного ЦУ) и точности наведения АСП на энергетический центр лазерного пятна.

Известна система регистрации лазерного целеуказания, принцип работы которой основан на измерении траектории перемещения геометрического центра лазерного пятна (ЛП) относительно центра мишени. [Юбилейная научно-техническая конференция «Авиационные системы в XXI веке». Сборник докладов том II, Москва 11-13 апреля 2006 г, стр. 82-83. Государственный научный центр РФ, федеральное государственное унитарное предприятие «государственный научно-исследовательский институт авиационных систем», российская академия ракетных и артиллерийских наук].

СРЛЦ содержит: бортовую систему прицеливания, совмещенную с лазерным излучателем; мишень, оборудованную координатной матрицей фотоприемников (ФП) с фиксированным порогом обнаружения лазерного излучения и формирования сигнала; блок сбора и преобразования сигналов (БСПС), поступающих от ФП; радиоканал передачи данных; блок преобразования сигналов (БПС) в формат стандартного последовательного кода для ввода его в персональный компьютер; контрольный пункт управления летным экспериментом (КПУ ЛЭ), включающий: персональный компьютер (ПК) типа ноутбук; приемник глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС); рабочее место руководителя полета и радиостанцию связи с экипажем летательного аппарата (ЛА) - носителя АСП.

При этом вход каждого фотоприемника координатной матрицы оптически связан с лазерным излучателем прицельной системы ЛА и направлен по линии визирования «ЛА - мишень», а выходы всех ФП соединены посредством проводной связи со входами блока сбора и преобразования сигналов, обеспечивающего преобразование сигналов с ФП в последовательный код, выход которого через радиоканал передачи данных соединен со входом блока БПС. Выходы БПС и приемника ГНСС соединены со входами персонального компьютера. Рабочее место руководителя полета связано с компьютером и радиостанцией через руководителя летного эксперимента (ЛЭ).

Принцип работы системы заключается в следующем: в процессе «атаки» цели летчик (оператор) наводит прицельную марку блока прицеливания и совмещенный с ней лазерный луч на мишень. Лазерный луч, перемещающийся относительно центра мишени облучает ФП координатной матрицы, попадающие в площадь лазерного пятна. При этом на выходе каждого ФП, на входной зрачок которого попала энергия лазерного импульса ЦУ, превышающая порог его чувствительности, формируется кратковременный сигнал высокого уровня - «1». Эти сигналы передаются в блок БСПС, где преобразуются в последовательный код, содержащий информацию о координатах ФП (в матрице), зарегистрировавших облучение лазерным импульсом. С выхода БСПС код передается по радиоканалу передачи данных на вход БПС, где после преобразования его в формат стандартного последовательного кода вводится в ПК, который установлен на командном пункте управления (КПУ) летным экспериментом (ЛЭ). В ПК информация, полученная по каждому импульсу лазерного ЦУ, обрабатывается по алгоритму определения геометрического центра координат плоской фигуры, образованной из облученных фотоприемников, и отображается на экране ПК в виде лазерного пятна и графиков текущих координат центра лазерного пятна (ЛП) относительно центра мишени.

К недостаткам описанной выше системы регистрации лазерного целеуказания относятся:

1. Ограничения в условиях проведения ЛЭ по углам курса и наклона линии визирования при заходе ЛА на цель, обусловленные шириной диаграммы направленности ФП, которая не превышает ±20°.

2. При наведении лазерного луча с ЛА на горизонтально расположенную мишень, оборудованную матрицей ФП, лазерное пятно на ней имеет форму эллипса, большая ось которого достигает значительных размеров. При этом с помощью ФП, имеющих фиксированный порог чувствительности, определяется только геометрический центр лазерного пятна, который не совпадает с положением его энергетического центра ЛП.

Кроме того, в процессе ЛЭ часть лазерного пятна периодически выходит за пределы координатной матрицы ФП. В этом случае даже геометрический центр ЛП, рассчитанный по контуру облученных фотоприемников, определяется с большой погрешностью, а положение ЭЦ остается полностью неопределенным.

Предлагаемая система регистрации лазерного целеуказания лишена указанных выше недостатков, так как имеет ряд существенных отличий от рассмотренной выше:

- оптический вход каждого фотоприемника координатной матрицы направлен вниз по нормали на диффузно-отражающую поверхность площадки, закрепленной на штанге, установленной в координатной точке матрицы. При такой конструкции фотоприемного устройства энергия лазерного импульса, направленная на диффузно-отражающую площадку, отражается по закону косинусов Ламберта и часть ее всегда попадает на оптический вход фотоприемника независимо от ракурса направленности излучения;

- использование фотоприемников, обеспечивающих измерение амплитуды входных сигналов с помощью цифровых быстродействующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Современная элементная база, в частности микросхемы интегральных быстродействующих АЦП, позволяют преобразовать короткие импульсы лазера (10…20 нс.) в цифровой код амплитуды сигнала, получаемого с выхода фотоэлемента.

При получении в ПК уровней сигналов от всех ФП матрицы выделяются три-четыре ФП, имеющих наибольшие уровни, затем, по их расположению в матрице, и с использованием весового соотношения амплитуд их сигналов рассчитывается положения энергетического центра лазерного пятна. Такой алгоритм определения энергетического центра ЛП позволяет находить его с высокой точностью. В случаях выхода части ЛП за пределы координатной матрицы ФП, энергетический центр ЛП вычисляется методом сравнения максимальных амплитуд с фотоприемников с максимальными амплитудами сигналов, зарегистрированных от предыдущих фотоприемников, находящихся в площади координатной матрицы ФП.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности регистрации лазерного целеуказания, характеризуемой точностью регистрации координат энергетического центра лазерного пятна, и снятии ограничений по курсам захода ЛА и углам наклона линии визирования луча ЦУ на мишень.

Указанный технический результат достигается за счет того, что предлагаемая система регистрации лазерного целеуказания включающая: мишень; блок прицеливания, совмещенный с лазерным излучателем; координатную матрицу фотоприемников с фиксированным порогом обнаружения лазерного излучения и формирования сигнала, установленных на площади мишенного поля в направлении на заданный курс и угол наклона линии визирования «ЛА-мишень»; блок сбора и преобразования сигналов в последовательный код; радиоканал передачи данных; блок преобразования сигналов в стандартный формат персонального компьютера; контрольный пункт управления летным экспериментом (КПУ ЛЭ), включающий: персональный компьютер (ПК) типа ноутбук; приемник ГНСС; рабочее место руководителя полета и радиостанцию связи с экипажем. При этом вход каждого фотоприемника оптически связан с лазерным излучателем, а выход каждого фотоприемника соединен посредством проводной связи с входами блока сбора и преобразования сигналов в последовательный код, выход которого соединен со входом блока преобразования сигналов в стандартный формат персонального компьютера через радиоканал передачи данных. Выход блока преобразования сигналов подключен к входу персонального компьютера, к другому входу которого подключен выход приемника ГНСС. Рабочее место руководителя полета связано с компьютером и радиостанцией через руководителя летного эксперимента (ЛЭ), отличается тем, что фотоприемники выполнены с цифровыми быстродействующими схемами измерения амплитуды сигналов, а также дополнительно введены диффузно-отражающие площадки, установленные на штангах на заданном расстоянии от оптических входов фотоприемников, при этом каждая диффузно-отражающая площадка оптически связана с входом каждого фотоприемника, а цифровой выход каждого фотоприемника соединен посредством проводной связи с блоком сбора и преобразования сигналов в последовательный код.

Изобретение поясняется следующим чертежами:

Фиг. 1 - общий вид системы регистрации лазерного целеуказания, где:

1 - мишень;

2 - блок прицеливания, совмещенный с лазерным излучателем;

3 - координатная матрица фотоприемников;

4 - мишенное поле;

5 - блок сбора и преобразования сигналов в последовательный код;

6 - радиоканал передачи данных;

7 - блок преобразования сигналов;

8 - персональный компьютер;

9 - приемник ГНСС;

10 - рабочее место руководителя летного эксперимента;

11 - радиостанция связи с экипажем;

12 - командный пункт управления летным экспериментом.

Фиг. 2 - вид фотоприемника с фиксированным порогом обнаружения лазерного излучения и формирования сигнала, где:

13 - фотоприемник с фиксированным порогом обнаружения лазерного излучения и формирования сигнала;

Фиг. 3 - фотоприемник с диффузно-отражающей площадкой, где:

14 - штанга;

15 - диффузно-отражающая площадка.

При проведении летных экспериментов работа системы регистрации лазерного целеуказания (фиг. 1) осуществляется приведенным ниже образом.

В соответствии с полетным заданием летчик пилотирует ЛА по заданному курсу и наводит прицельную марку блока прицеливания и совмещенный с ним лазерный луч (2) на мишень (1).

Лазерный луч, перемещаясь относительно мишени, облучает диффузно-отражающие площадки (15) (фиг. 3), установленные на штангах (14) перпендикулярно к оси фотоприемников (13) координатной матрицы (3) (фиг. 2), расположенных на площади мишенного поля (4). Импульсная энергия лазерного луча, направленная на диффузно-отражающую площадку отражаются в направлении оптического входа фотоприемника, который измеряет амплитуду сигнала зафиксированного фотоэлементом и выдает ее в виде цифрового кода, пропорционального энергии лазерного облучения. Этот код передается по проводной связи с выхода каждого фотоприемника на входы БСПС (5), который формирует и выдает на выход пакет данных, содержащий информацию об уровне сигналов, зарегистрированных каждым ФП координатной матрицы по каждому лазерному импульсу ЦУ.

Данный пакет данных передается в виде последовательного кода по радиоканалу передачи данных (6) поступает на вход БПС (7), где после преобразования в стандартный формат RS232 вводится в ПК (8), размещенный на командном пункте управления ЛЭ (12), при этом к другому входу ПК подключен выход приемника ГНСС (9), предназначенный для синхронизации текущих координат лазерного пятна с параметрами ЛА. Командный пункт управления ЛЭ помимо ПК и приемника ГНСС включает в себя радиостанцию для связи с экипажем (11) и рабочее место руководителя полета (10), которое связано с ПК и радиостанцией (11) через руководителя ЛЭ.

Персональный компьютер с использованием специального программного обеспечения выполняет следующие функции:

- формирует и отображает на экране ПК область допустимых отклонений центра лазерного пятна относительно центра мишени. При этом координаты центра области соответствуют координатам центра мишени;

- вычисляет по каждому импульсу лазерного ЦУ от прицельной системы ЛА координаты энергетического центра лазерного пятна (ЭЦЛП) с использованием уровней сигналов, зарегистрированных фотоприемниками, и отображает его положение на условном изображении мишени;

- строит графики процесса перемещения ЭЦЛП относительно центра области (мишени);

- при выходе координат ЭЦЛП за заданную в данном ЛЭ область выдает на экран соответствующее предупреждение.

Руководитель ЛЭ на КПУ в соответствии с полученной информацией об отклонениях лазерного ЦУ имеет возможность оценить в темпе проведения летного эксперимента его текущие результаты и, при необходимости, с использованием радиосвязи между КПУ и ЛА дать разрешение экипажу ЛА повторить контрольный заход, или отменить летный эксперимент.

Введение в систему регистрации лазерного целеуказания новых элементов позволяет повысить точность регистации координат энергетического центра лазерного пятна и увеличить диапазон регистрации его траектории за счет введения в фотоприемники быстродействующих АЦП, а также снять ограничения по курсам захода ЛА и углам наклона линии визирования луча ЦУ на мишень с помощью диффузно-отражающих площадок, установленных перед оптическим входом фотоприемников.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты