[1]Полезная модель относится к головкам самонаведения (далее ГСН), используемым для формирования сигналов управления в зенитных ракетных комплексах.
[2]Полезная модель может обеспечивать расширение диапазона надежного функционирования ГСН в условиях неравномерных фоновых образований, то есть при одновременном приеме сигналов и от цели и от облаков, морских бликов, лесного массива и др.
[3]При этом в головке самонаведения селекция полезных сигналов не требует увеличения энергетических и весогабаритных характеристик, что может позволить расширить номенклатуру выпускаемой продукции и даст возможность осуществить модернизацию комплексов.
[4]Известна головка самонаведения для формирования верного сигнала управления в условиях наличия ложного сигнала цели в поле зрения ГСН (RU 2476815 C1, 2011 г.). Устройство включает в себя гирокоординатор с гироскопом и с блоками систем управления и коррекции.
[5]Известно также решение задачи ограничения сигналов приемного устройства в головке самонаведения, включающей в себя гироскоп, фотоприемное устройство (RU 2478909 C2, 2006 г.), а также решение задачи повышения надежности работы в связи с наличием климатических условий в головке самонаведения комплекса для наземных и надводных целей (RU 2197709 C2, 2001 г.).
[6]Прототипом предложенной пассивной головки самонаведения для зенитных управляемых ракет является устройство по патенту №127889 U1 от 15.08.2012 г., которое является наиболее близким по выполняемой функции и достигаемому результату.
[7]Устройство позволяет за счет особенностей конструкции ГСН расширить диапазон боевого применения ракеты путем уменьшения зависимости точности ее наведения от метеоусловий, используя инфракрасное и световое излучения цели для выработки сигнала управления.
[8]В известной ГСН имеется гирокоординатор с катушкой коррекции и катушкой пеленга и размещенной на карданном подвесе оптической фотоприемной системой для приема оптических сигналов и преобразования их в электрические сигналы. Имеются также блоки систем управления и коррекции, включающие в себя узел предварительной обработки и оцифровки видеосигнала с блоком предварительной обработки видеосигнала, с аналого-цифровым преобразователем, с блоком настройки усиления и смещения, с блоком управления рамкой, с первым блоком кадровой памяти и с блоком медианной фильтрации, с блоком селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов. Кроме того, в устройстве имеются блок установки типа цели и дальности и блок принятия решения и формирования сигнала коррекции.
[9]Недостатком как аналогов, так и прототипа является недостаточно высокая надежность выделения цели головкой самонаведения для получения верного сигнала зенитной управляемой ракете за счет того, что отсутствует возможность исключить при наведении головки фоновые образования, например: блики моря, лесной массив, низко плывущие облака, умышленно организованные противником оптические помехи, которые влияют на оптическую фотоприемную систему. В описанных технических решениях повышение надежности приема сигнала от цели и передача управляемой ракете сигнала сопровождается усложнением конструкции, повышением ее материалоемкости, трудностями в регулировке и обслуживании. Указанные технические решения не позволяют обеспечить повышение надежности определения истинной цели для поступления сигнала на пуск ракеты именно по отношению к этой, а не иной, верно выбранной цели. В известных технических решениях не представляется возможным их реализация без увеличения габаритов, массы, энергоемкости и т.п.
[10]Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является создание условий для поступления сигнала на пуск ракеты именно по отношению к верно выбранной цели за счет обработки и разделения интегрированно принимаемых сигналов головкой самонаведения на ложные сигналы и сигнал цели.
[11]Техническим результатом при реализации предлагаемой полезной модели является повышение надежности и улучшение точности поражения цели ракетой; выделение сигнала цели из всей массы принимаемых сигналов головкой самонаведения и распознавание ложных сигналов. Также к техническим результатам следует отнести упрощение конструкции, уменьшение ее материалоемкости, снижение массы и энергоемкости. Кроме того, техническим результатом является исключение проблем, связанных с увеличением габаритов. При этом к техническому результату можно отнести то, что отсутствуют значительные трудности в регулировке ГСН. Следует также отметить неприхотливость в обслуживании головки самонаведения.
[12]На достижение указанного технического результата оказывают влияние следующие существенные признаки. В пассивной головке самонаведения для зенитных управляемых ракет, включающей в себя гирокоординатор с карданным подвесом, катушкой пеленга, катушкой коррекции и оптической системой, узел предварительной обработки и оцифровки видеосигнала, блок селекции на основе байесовского, структурного и корреляционных классификаторов, блок принятия решения и формирования сигнала коррекции, блок установки типа цели и дальности, причем узел предварительной обработки и оцифровки видеосигнала включает в себя блок предварительной обработки видеосигнала, аналого-цифровой преобразователь, первый блок кадровой памяти, блок медианной фильтрации, блок настройки усиления и смещения и блок управления рамкой, при этом вход катушки пеленга соединен с карданным подвесом гирокоординатора, а выход катушки коррекции соединен с карданным подвесом гирокоординатора, в узле предварительной обработки и оцифровки видеосигнала выход блока предварительной обработки видеосигнала соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом первого блока кадровой памяти, выход первого блока кадровой памяти соединен с входом блока медианной фильтрации, выход блока медианной фильтрации соединен с входом блока настройки усиления и смещения и с первым входом блока селекции на основе байесовского, структурного и корреляционных классификаторов, выход блока настройки усиления и смещения соединен с первым входом блока предварительной обработки видеосигнала, первый выход блока селекции соединен с первым входом блока управления рамкой узла предварительной обработки и оцифровки видеосигнала, второй выход блока селекции соединен с первым входом блока принятия решения и формирования сигнала коррекции, первый выход блока установки типа цели и дальности соединен со вторым входом блока управления рамкой узла предварительной обработки и оцифровки видеосигнала, второй выход блока установки типа цели и дальности соединен со вторым входом блока селекции, выход блока управления рамкой соединен со вторым входом первого блока кадровой памяти, выход катушки пеленга гирокоординатора соединен со вторым входом блока принятия решения и формирования сигнала коррекции, выход блока принятия решения и формирования сигнала коррекции соединен с входом катушки коррекции гирокоординатора, при этом пассивная головка самонаведения снабжена узлом выделения движущихся объектов, гирокоординатор головки самонаведения снабжен матричным фотоприемным устройством, причем узел выделения движущихся объектов включает в себя второй блок кадровой памяти, третий блок кадровой памяти, блок сравнения кадров изображения, блок формирования матрицы векторов движения и блок выделения движущихся объектов, при этом выход второго блока кадровой памяти соединен с первым входом блока сравнения кадров изображения, выход третьего блока кадровой памяти соединен со вторым входом блока сравнения кадров изображения, выход блока сравнения кадров изображения соединен с входом блока формирования матрицы векторов движения, выход блока формирования матрицы векторов движения соединен с входом блока выделения движущихся объектов, выход блока выделения движущихся объектов соединен с третьим входом блока принятия решения и формирования сигнала коррекции, а выход аналого-цифрового преобразователя узла предварительной обработки и оцифровки видеосигнала дополнительно соединен с входом второго и с входом третьего блоков кадровой памяти, в гирокоординаторе выход оптической системы соединен с входом матричного фотоприемного устройства, а выход матричного фотоприемного устройства соединен со вторым входом блока предварительной обработки видеосигнала узла предварительной обработки и оцифровки видеосигнала.
[13]Отличительными признаками заявленного технического решения от прототипа является то, что пассивная головка самонаведения снабжена узлом выделения движущихся объектов, гирокоординатор головки снабжен матричным фотоприемным устройством, причем узел выделения движущихся объектов включает в себя второй блок кадровой памяти, третий блок кадровой памяти, блок сравнения кадров изображения, блок формирования матрицы векторов движения и блок выделения движущихся объектов, при этом выход второго блока кадровой памяти соединен с первым входом блока сравнения кадров изображения, выход третьего блока кадровой памяти соединен со вторым входом блока сравнения кадров изображения, выход блока сравнения кадров изображения соединен с входом блока формирования матрицы векторов движения, выход блока формирования матрицы векторов движения соединен с входом блока выделения движущихся объектов, выход блока выделения движущихся объектов соединен с третьим входом блока принятия решения и формирования сигнала коррекции, а выход аналого-цифрового преобразователя узла предварительной обработки и оцифровки видеосигнала дополнительно соединен с входом второго и с входом третьего блоков кадровой памяти, в гирокоординаторе выход оптической системы соединен с входом матричного фотоприемного устройства, а выход матричного фотоприемного устройства соединен со вторым входом блока предварительной обработки видеосигнала узла предварительной обработки и оцифровки видеосигнала.
[14]За счет наличия узла предварительной обработки видеосигнала обеспечивается наиболее оптимальная реализация динамического диапазона входного сигнала за счет настройки параметров усиления и смещения в усилительном тракте предварительной обработки видеосигнала.
[15]При этом блок селекции на основе байесовского, структурного и корреляционных классификаторов предназначен для измерения характеристик, имеющихся в поле зрения объектов, таких как яркость, геометрические размеры, взаимное расположение, форма, и других, для группирования результатов измерения в некоторые совокупности или образы, сопоставления их с хранящимися в памяти блока, для установления типа цели перед пуском ракеты или при захвате цели на траектории.
[16]Блок установки типа цели и дальности предназначен для регистрации информации перед пуском ракеты о типе цели, ее дальности, которые вводятся оператором и с пусковой установки записываются на пассивную головку самонаведения зенитной управляемой ракеты.
[17]За счет наличия узла выделения движущихся объектов обеспечивается селекция малоразмерных объектов или целей, которые движутся в поле зрения оптической системы относительно окружающего их фона. А блок принятия решения и формирования сигнала коррекции обеспечивает определение комплексированных координат цели по результатам работы блока селекции на основе байесовского, структурного и корреляционных классификаторов и узла выделения движущихся объектов. Катушка пеленга является датчиком положения оси гирокоординатора относительно оси ракеты, а катушка коррекции наводит ЭДС и обеспечивает разворот гирокоординатора в зависимости от фазы и амплитуды поданного сигнала коррекции.
[18]Сущность полезной модели поясняется графическими материалами.
[19]На фиг. 1 представлена функциональная схема пассивной головки самонаведения для зенитных управляемых ракет.
[20]На фиг. 2 - схема узла предварительной обработки и оцифровки видеосигнала.
[21]На фиг. 3 - схема узла выделения движущихся объектов.
[22]На фиг. 4 представлен пример выполнения координатора пассивной головки самонаведения для зенитных управляемых ракет.
[23]Пассивная головка самонаведения для зенитных управляемых ракет состоит из гирокоординатора 1 (ГК), который имеет карданный подвес 2 (КП) и включает в себя оптическую систему 3 (ОС) с матричным фотоприемным устройством 4 (МФПУ), катушку 5 пеленга (КПЕЛ) и катушку 6 коррекции (КК), узла 7 предварительной обработки и оцифровки видеосигнала (УПООВ), узла 8 выделения движущихся объектов (УВДО), блока 9 селекции на основе байесовского, структурного и корреляционных классификаторов (БСОБСКК), блока 10 принятия решения и формирования сигнала коррекции (БПРФСК), а также блока 22 установки типа цели и дальности (БУТД). Узел 7 УПООВ включает в себя блок 11 предварительной обработки видеосигнала (БПОВ), аналого-цифровой преобразователь 12 (АЦП), первый блок 13 кадровой памяти (БКП-1), блок 14 медианной фильтрации (БМФ), блок 15 настройки усиления и смещения (БНУС), блок 16 управления рамкой (БУР). Узел 8 УВДО включает в себя второй блок 17 кадровой памяти (БКП-2), третий блок 18 кадровой памяти (БКП-3), блок 19 сравнения кадров изображения (БСКИ), блок 20 формирования матрицы векторов движения (БФМВД), блок 21 выделения движущихся объектов (БВДО).
[24]Связи в предложенном техническом решении выполнены следующим образом. А именно. На вход оптической системы 3 гирокоординатора 1 поступает излучение цели и излучения от неравномерных фоновых помех. Выход оптической системы 3 соединен с входом матричного фотоприемного устройства 4. Вход катушки 5 пеленга соединен с карданным подвесом 2 гирокоординатора 1. Выход матричного фотоприемного устройства 4 соединен со вторым входом блока 11 предварительной обработки видеосигнала узла 7 предварительной обработки и оцифровки видеосигнала. В узле 7 предварительной обработки и оцифровки видеосигнала выход блока предварительной обработки видеосигнала соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 12. Выход аналого-цифрового преобразователя 12 соединен с первым входом первого блока 13 кадровой памяти, с входом второго блока 17 и с входом третьего блока 18 кадровой памяти узла 8 выделения движущихся объектов. Выход первого блока 13 кадровой памяти соединен с входом блока 14 медианной фильтрации. Выход блока 14 медианной фильтрации соединен с входом блока 15 настройки усиления и смещения и с первым входом блока 9 селекции на основе байесовского, структурного и корреляционных классификаторов. Первый выход блока 9 БСОБСКК соединен с первым входом блока 10 принятия решения и формирования сигнала коррекции. Первый выход блока 22 установки типа цели и дальности соединен со вторым входом блока 16 управления рамкой узла 7 предварительной обработки и оцифровки видеосигнала. Второй выход блока 22 установки типа цели и дальности соединен со вторым входом блока 9 БСОБСКК. Выход блока 16 управления рамкой соединен со вторым входом первого блока 13 кадровой памяти. Выход второго блока 17 кадровой памяти узла 8 выделения движущихся объектов соединен с первым входом блока 19 сравнения кадров изображения. Выход третьего блока 18 кадровой памяти узла 8 выделения движущихся объектов соединен со вторым входом блока 19 сравнения кадров изображения. Выход блока 19 сравнения кадров изображения соединен с входом блока 20 формирования матрицы векторов движения. Выход блока 20 формирования матрицы векторов движения соединен с входом блока 21 выделения движущихся объектов. Выход блока 21 выделения движущихся объектов узла 8 выделения движущихся объектов соединен с третьим входом блока 10 принятия решения и формирования сигнала коррекции. Выход катушки 5 пеленга гирокоординатора 1 соединен со вторым входом блока 10 принятия решения и формирования сигнала коррекции. Выход блока 10 принятия решения и формирования сигнала коррекции соединен с входом катушки 6 коррекции гирокоординатора 1. Выход катушки 6 коррекции соединен с карданным подвесом 2 гирокоординатора 1.
[25]В примере исполнения (фиг. 4) представлена схема гирокоординатора, в котором соосно с конструкцией 23 карданного подвеса размещены элементы 24, 25, 26 оптической системы и элемент 27 матричного фотоприемного устройства. Схема также включает иные детали, необходимые для разворота гирокоординатора в зависимости от фазы и амплитуды поступающих сигналов. Все используемые блоки ГСН являются известными, либо получены из известных устройств путем их объединения известными методами. Узел 7 предварительной обработки и оцифровки видеосигнала исполнен из цифровых блоков как в патенте 2173881 с помощью логических интегральных микросхем, таких как микросхемы АЦП-1106ВП1, микросхем памяти серии 565, микросхем арифметико-логического устройства, регистров и счетчиков. Узел 8 выделения движущихся объектов, блок 9 селекции на основе байесовского, структурного и корреляционных классификаторов, блок 22 установки типа цели и дальности - цифровые и могут быть реализованы на микросхемах регистров, дешифраторов, счетчиков и оперативных запоминающих устройств. Блок 10 принятия решения и формирования сигнала коррекции в примере исполнения может быть реализован на цифровых микросхемах: регистрах, дешифраторах и счетчиках, а также с применением микросхемы цифро-аналогового преобразователя серии 572.
[26]Пассивная головка самонаведения для зенитных управляемых ракет работает следующим образом.
[27]Через оптическую систему 3 излучение от цели, фокусируется и попадает в матричное фотоприемное устройство 4. Это происходит в результате визуального обнаружения цели, то есть после того, как оператор при развороте пусковой установки ракеты обнаруживает перемещающуюся цель. Оператор совмещает цель с перекрытием прицела, который совмещен с осью ракеты, и нажимает кнопку «захват». Затем сфокусированное излучение преобразуется в электрические сигналы, которые в виде кадра изображения передаются в узел 7 предварительной обработки и оцифровки видеосигналов. При этом катушка 5 пеленга, являющаяся датчиком положения оси гирокоординатора 1 относительно оси ракеты, амплитудой сигнала пеленга характеризует величину отклонения оси ГК 1 от оси ракеты, а фазой напряжения пеленга - направление отклонения. В узле 7 УПООВ блок 11 предварительной обработки видеосигнала принимает электрические сигналы в виде кадра изображения, регистрирует это изображение с заданными коэффициентами усиления и смещения, а затем отформатированный видеосигнал из блока 11 БПОВ выдается в аналого-цифровой преобразователь 12. Далее в АЦП 12 видеосигнал преобразуется в цифровой код с квантованием по уровню яркости в каждой точке, множество которых образует кадр цифрового изображения. По информации из блока 22 установки типа цели и дальности и текущей информации о размерах изображения цели от блока 16 управления рамкой формируется окно анализа. Сигналы с выхода аналого-цифрового преобразователя 12 и с выхода блока 16 управления рамкой поступают в первый блок 13 кадровой памяти, где окно анализа в каждом кадре позиционируется относительно прогнозируемого положения цели. Информация в пределах этого окна хранится в течение длительности кадра. Эта информация поступает в блок 14 медианной фильтрации, где производится масштабирование и фильтрация изображения медианным фильтром. С выхода блока 14 медианной фильтрации отфильтрованный видеосигнал поступает в блок 15 настройки усиления и смещения, где определяется новый коэффициент усиления и новый коэффициент смещения, которые передаются для управления параметрами на блок 11 БПОВ. Далее результаты обработки из узла 7 предварительной обработки и оцифровки видеосигналов передаются по одной связи в блок 9 селекции на основе байесовского, структурного и корреляционных классификаторов, по второй связи в узел 8 выделения движущихся объектов. В УВДО 8 селекция движущихся малоразмерных объектов или целей производится следующим образом. Во втором блоке 17 кадровой памяти запоминается кадр изображения поля зрения, при этом следующий кадр изображения запоминается в третьем блоке 18 кадровой памяти по информации из узла 7 предварительной обработки и оцифровки видеосигналов. Так как положение целей или иных малоразмерных объектов в текущем кадре изображения следует ожидать в некоторой окрестности по отношению к положению объекта в предыдущем кадре, то есть в некоторой зоне, где может быть объект, то для определения нового положения объекта необходимо просмотреть всю зону, где он мажет быть, то есть всю зону анализа. Для этого в кадровой памяти 2 (БКП-2) блока 17 каждый объект накрывают квадратами (одним или несколькими) размерами, например, (8×8) пикселей, так чтобы объект был накрыт полностью. Затем в блоке 19 сравнения изображений (БСИ) для каждого квадрата из блока 17 определяют его новое положение путем нахождения квадрата наиболее похожего из зоны анализа выбранного объекта из изображения в блоке 18 (БКП-3). Далее в блоке 20 формирования матрицы векторов движения (БФМВД) по координатам объектов из блока 17 и соответствующим координатам из блока 15 определяют величину и направление перемещения соответствующего квадрата и составляют матрицу векторов движения. Затем в блоке 21 выделения движущихся объектов (БВДО) производится анализ полученной матрицы, при этом исходят из того, что элементы фона движутся в одном направлении и с одинаковой относительной скоростью, а объекты (цели, организованные оптические помехи или другие малоразмерные объекты) движутся в направлениях и со относительными скоростями, отличными от параметров движения фона. С блока 21 БВДО информация о движущихся объектах, поступает на блок 10 БПРФСК для принятия решения. Блок 9 селекции на основе байесовского, структурного и корреляционных классификаторов измеряет характеристики объектов, находящихся в поле зрения ГСН: яркость, геометрические размеры, взаимное расположение, форму. Далее в блоке 9 результаты измерения группируют в совокупности или образы, сопоставляют их с «эталонными» образами, хранящимися в памяти блока, откуда они вызываются и активируются по сигналу о типе цели из блока 22 БУТД перед пуском ракеты или перед началом работы ГСН при захвате цели на траектории. Далее результаты работы блока 9 селекции на основе байесовского, структурного и корреляционных классификаторов (БСОБСКК) пересылаются в блок 10 БПРФСК, где координаты объектов сопоставляются с координатами из узла 8 выделения движущихся объектов (УВДО) и определяются комплексные координаты цели. При этом, если блок 9 БСОБСКК работает устойчиво, то далее используются координаты отселектированной цели, если блок 9 БСОБСКК работает неустойчиво, тогда далее используются прогнозные координаты цели. Полученные комплексные координаты цели далее используются для формирования сигнала коррекции гирокоординатора 1. Этот сигнал коррекции с выхода блока 10 БПРФСК подается на катушку 6 коррекции. При этом катушка 6 коррекции обеспечивает разворот гирокоординатора 1 в зависимости от фазы и амплитуды поданного сигнала коррекции.
[28]Таким образом, заявленное техническое решение обеспечивает повышение надежности поражения цели ракетой, улучшает точность выбора направления движения, обеспечивает выделение сигнала цели из всей массы принимаемых сигналов головкой самонаведения и распознавание ложных сигналов. За счет обработки и разделения интегрирование принимаемых сигналов головкой самонаведения на ложные сигналы и сигнал цели создаются условия для управления ракетой именно по отношению к верно выбранной цели. Заявленное техническое решение позволяет упростить конструкцию, уменьшить ее материалоемкость, снизить массу, понизить энергоемкость. Она неприхотлива в обслуживании, уменьшаются трудности регулировки и настройки в процессе эксплуатации. При этом отсутствует проблема увеличения габаритов.
