OPTOELECTRONIC MULTI-CHANNEL HOMING HEAD
Оптико-электронная многоканальная головка самонаведения

Предлагаемое изобретение относится к авиационной технике, в частности к оптико-электронным головкам самонаведения (ГСН), используемым в малогабаритных авиационных средствах поражения, запускаемых с беспилотных летательных аппаратов.
Известна активная ГСН (см. патент РФ на изобретение № 2689276, М.кл. F41G 7/22, опубл. 24.05.2019 г.), которая может быть использована в качестве бортового элемента летательных аппаратов как средство наведения на воздушные цели. Данная ГСН содержит корпус на внешней поверхности которого установлены флюгарки с датчиками их углового положения. Внутри корпуса установлены блок источников излучения и оптическая система линз с полосовым оптическим фильтром, установленным после оптической системы перед фотоприемным устройством. Фотоприемное устройство выполнено в виде решетки фотоприемников, установленных перед фокальной плоскостью оптической системы. Источники излучения имеют расширенную диаграмму направленности. Выходы фотоприемников соединены с платой аналоговой обработки сигналов, содержащей последовательно соединенные блок операционных усилителей и блок пиковых детекторов, многоканальный АЦП, компаратор и ЭВМ. При этом сигнальные входы ЭВМ соединены с сенсорными датчиками углового положения флюгарок, а ее управляющий выход соединен через генератор сильноточных импульсов с входами блока источников излучения.
Однако наличие в данной ГСН блока источников излучения, оптической системы линз с полосовым оптическим фильтром и фотоприемного устройства в виде решетки фотоприемников делают данную ГСН сложной в изготовлении, что снижает надежность ее работы и значительно удорожает ее изготовление.
Известна комбинированная многоканальная ГСН (см. патент РФ на изобретение № 2693028, М.кл. F41G 7/22, опубл. 01.07.2019 г.), содержащая гирокоординатор, внутри наружного карданова подвеса которого установлен оптический блок, содержащий связанные между собой приемники телевизионного (ТВ) и тепловизионного (ТПВ) каналов и объектив, систему стабилизации осей гироскопа, блок обработки видеосигнала от цели, при этом гирокоординатор представляет собой гиростабилизированную платформу (ГСП), карданов подвес которой выполнен двухосным, позволяющем с помощью системы стабилизации осей гирокоординатора стабилизировать изображение по курсу и тангажу, для чего система стабилизации осей гирокоординатора содержит связанные между собой датчики угла, датчики угловой скорости, двигатели стабилизации и электронную плату стабилизации. В оптическом блоке ТВ и ТПВ приемники расположены на одной оптической оси комбинированного объектива, а электронная плата обработки изображения от цели выполнена с возможностью распознавания как стационарных целей путем сравнения их контурных и текстурных признаков, так и малоразмерных целей путем анализа вектора признаков цели, полученных в оптическом и инфракрасном диапазонах, а также с возможностью сопровождения цели с одновременным отслеживанием ее масштаба во времени. Наличие в данной ГСН гирокоординатора в виде гиростабилизированной платформы в кардановом подвесе с системой стабилизации осей гирокоординатора, содержащей датчики угла, датчики угловой скорости, двигатели стабилизации и электронную плату стабилизации, значительно усложняет ГСН, повышает затраты на ее изготовление и снижает надежность ее работы.
Проблема, которую необходимо решить данным изобретением, состоит в наличии гирокоординатора со сложной системой стабилизации его осей, значительно усложняющего и удорожающего изготовление ГСН и снижающего надежность ее работы.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы ГСН, упрощение ее изготовления и снижение затрат на ее изготовление.
Достижение технического результата обеспечивается в предлагаемой оптико-электронной многоканальной ГСН, содержащей корпус, внутри которого установлены ТВ и ТПВ каналы с соответственно ТВ и ТПВ матричными фотоприемными устройствами с объективами, модуль электронной обработки изображений, выполненный с возможностью распознавания как стационарных целей путем сравнения их контурных и текстурных признаков, так и малоразмерных целей путем анализа вектора признаков цели, полученных в оптическом и инфракрасном диапазонах, а также с возможностью сопровождения цели, при этом модуль электронной обработки выходами управления связан с ТВ и ТПВ камерами фотоприемных устройств соответствующих каналов, согласно изобретению содержащей координатор в виде лазерного индикатора-координатора с объективом, осуществляющий самонаведение по пятну лазера-подсветчика, при этом визирные оси ТВ, ТПВ каналов и лазерного индикатора-координатора съюстированы на бесконечность, а модуль электронной обработки изображений, получаемых от ТВ и ТПВ приемных устройств, выполнен с дополнительной возможностью сопровождения цели по пятну лазерного подсвета.
Введение в состав ГСН лазерного индикатора-координатора с объективом обеспечивает возможность более точного прицеливания по отраженному лучу лазерного целеуказателя-подсветчика, при этом входящий в состав модуля электронной обработки изображения центральный вычислительный блок управляет координацией слежения за целью при автосопровождении для каналов ТВ, ТПВ и лазерного индикатора-координатора в соответствии с реализуемыми им алгоритмами «обнаружения» и «автоматического наведения».
В результате, в предлагаемой конструкции ГСН не требуется использования карданова подвеса, гиростабилизированной платформы, а также двигателей стабилизации, датчиков углов, датчиков угловой скорости (или гироскопов), что значительно повышает надежность работы ГСН, упрощает и удешевляет ее изготовление.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемой оптико-электронной многоканальной ГСН, на фиг. 2 приведена блок-схема алгоритма «обнаружения», реализуемого центральным вычислительным блоком, входящим в состав модуля электронной обработки изображения, а на фиг. 3 - блок-схема алгоритма «автоматического наведения», также реализуемого центральным вычислительным блоком.
В соответствии с фиг. 1 предлагаемая ГСН содержит: корпус 1, в котором сформированы ТВ канал 2 с объективом, ТПВ канал 3 с объективом, лазерный индикатор-координатор 4 с объективом, модуль 5 электронной обработки изображения (МЭОИ), в который входят связанные между собой центральный вычислительный блок (ЦВБ) 5,1, преобразователь интерфейсов (ПИ) 5.2,видеоэнкодер (ВЭ) 5.3, блок управления периферией (БУП) 5.4. На фиг. 1 показаны также входящий в ГСН блок 6 вторичных источников питания, обеспечивающий питание блоков ГСН и располагаемой на носителе ГСН системы 7 управления изделием, связанной также с центральным вычислительным блоком 5.1.
Работа предлагаемой оптико-электронной многоканальной ГСН осуществляется следующим образом.
При предполетной подготовке в ГСН закладывается эталонное изображение цели (как в видимом диапазоне длин волн - ТВ канал 2, так и в длинноволновом диапазоне инфракрасного спектра - ТПВ канал 3 (8…12 мкм). В момент работы ГСН, по каналам ТВ 2 и ТПВ 3 головка самонаведения обнаруживает и распознает объект прицеливания. Так как, конструктивно головка самонаведения выполнена без карданова подвеса, то в момент работы ГСН, удержание объекта прицеливания на продольной оси носителя (совпадающей с оптическими осями ТВ 2, ТПВ 3 каналов и лазерного индикатора-координатора 4 (ЛИК) - автосопровождение цели - выполняется с помощью рулей или иных рулевых поверхностей (агрегатов) носителя. Если цель «подсвечивается» со стороны источником лазерного излучения, то на последнем этапе полета, для увеличения точности попадания, включается в работу лазерный индикатор-координатор 4 (ЛИК). В противном случае процесс полета заканчивается без коррекции ЛИК 4.
Центральный вычислительный блок 5.1, входящий в модуль 5 электронной обработки изображения, реализует алгоритмы обработки видеоизображения, обмен с внешним носителем, управление функциями оптико-электронных систем ТВ 2, ТПВ 3 каналов и ЛИК 4, обмен с внутренней частью оптико-электронных систем. Входящий в модуль 5 электронной обработки изображения преобразователь 5.2 интерфейсов формирует сигналы управления для камер ТВ 2, ТПВ 3 каналов и ЛИК 4, видеоэнкодер 5.3 обеспечивает сжатие видеопотоков, блок 5.4 управления периферией, обеспечивает прием и перекодирование цифровых потоков ТВ 2, ТПВ 3 камер, ЛИК 4 и телеметрии в единый цифровой поток, передаваемый по коаксиальному кабелю в центральный вычислительный блок 5.1.
Выполнение блоков предлагаемой ГСН можно пояснить следующим образом. В ТВ канале 2 использовано фотоприемное устройство модуль 25B1.2XU3 и объектив VIR50500ASD.55.
В ТПВ канале 3 использовано фотоприемное устройство S6IRC-4472 и объектив NA-L-100-1,0-E.
Лазерный индикатор-координатор ЛИК 4 разработан и произведен ПАО «НПП «Импульс», Изделие ЛИК 12Э-066-18.
Центральный вычислительный блок 5.1 выполнен на основе системы на кристалле Altera Arria V SoC.
Преобразователь 5.2 интерфейсов, видеоэнкодер 5.3 и блок 5.4 управления периферией выполнены на ПЛИС серии Altera Cyclone V GX.