Автоматизированное устройство определения зоны отчуждения при стрельбах в районе испытаний

Полезная модель относится к специализированным устройствами вычислительной техники и может быть использована для автоматизированного определения зоны отчуждения, в которой запрещено находится при испытательных стрельбах баллистических снарядов, оснащенных разделяющимися боевыми элементами, каждый из которых имеет индивидуальную точку прицеливания в районе испытаний.
Известно устройство [RU 2408899, C1, G01S 7/46, 10.01.], содержащее блок обработки сигналов, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), ключи, счетчик тактовых импульсов, счетчик видеоимпульсов, фотоэлектрический преобразователь (ФЭП), плоскопанельный дисплей, 3Д-очки с ИК-приемником на их оправе, синтезатор частот, диоды, триггер, при этом, АЦП включает последовательно соединенные усилитель видеоимпульсов и пьезодефлектор с отражателем на торце, источник положительного опорного напряжения, источник отрицательного опорного напряжения, излучатель из светодиода, щелевой диафрагмы и микрообъектива, линейку многоэлементного фотоприемника и счетчик импульсов, а ФЭП содержит два объектива, две матрицы прибора с зарядовой инжекцией и предварительные усилители.
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что оно позволяет определить координаты отдельных точечных объектов в группе, но не позволяет определить границы зоны их размещения, что затрудняет решение прикладных задач, где необходимо использовать данные об этих границах.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство определения координат точек падения баллистических объектов [RU 2265233, C1, G01S 7/46, 27.11.2008], содержащее последовательно соединенные блок сглаживания, блок преобразования сглаженных координат, блок распознавания, блок анализа класса стреляющих систем, первый выход которого через первый блок расчета функции лобового сопротивления, а второй его выход через второй блок расчета функции лобового сопротивления соединены между собой, блок экстраполяции, выход которого соединен с последовательно соединенными блоками учета кривизны Земли и выдачи информации, блок памяти, последовательно соединенные блок анализа знака вертикальной составляющей скорости, блок экстраполяции полиномом 3-ой степени, блок сравнения с порогом, а также второй блок экстраполяции, при этом, вход блока анализа знака вертикальной составляющей скорости соединен с объединенными выходами первого и второго блоков расчета функции лобового сопротивления, а первый выход блока памяти соединен с входом блока сглаживания, второй выход блока памяти соединен с входами второго блока экстраполяции и блока сравнения с порогом, первый выход которого соединен с входом блока экстраполяции, а второй его выход, объединенный с вторым выходом блока анализа знака вертикальной составляющей скорости и вторым выходом блока памяти, соединен с входом второго блока экстраполяции, выход которого соединен с входом блока выдачи информации, являющегося выходом устройства.
Недостатком устройства является его относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что хотя оно и позволяет определить координаты точек падения баллистических объектов, но не позволяет определить границы зоны их падения с учетом ошибок доставки, что затрудняет решение прикладных задач, например, для определения зоны отчуждения при испытательных стрельбах. Это сужает арсенал технических средств для решения задач обеспечения безопасности испытаний при осуществлении пусков баллистических объектов и снижает точность определения зоны их возможных точек падения.
Задача, которая решается в полезной модели, заключается в разработке автоматизированного устройства для определения зоны отчуждения, в которой запрещено находится при доставке баллистических снарядов, оснащенных разделяющимися боевыми элементами, в районе испытаний.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении точности определения зоны отчуждения при испытательных стрельбах баллистических объектов с учетом ошибок их доставки с целью расширения арсенала технических средств для решения задач, направленных на обеспечение безопасности испытаний баллистических снарядов, оснащенных разделяющимися элементами.
i
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее блок сглаживания и блок преобразования сглаженных координат, согласно полезной модели, введены блок памяти координат центра района испытаний, группа блоков памяти исходных данных по числу n разделяющихся элементов, каждый из которых содержит блок задания координат точек прицеливания i-го (i=1…n) разделяющегося элемента, блок задания большой и малой полуосей рассеяния i-го разделяющегося элемента, блок задания среднего квадратичного отклонения (СКО) i-го разделяющегося элемента и блок задания угла α большой полуоси эллипса рассеяния i-го разделяющегося элемента относительно оси абцисс, при этом, блок сглаживания выполнен в виде блока определения внешних касательных к парам эллипсов рассеяния i-го и j-ого (j=1…n, j=/i) разделяющихся элементов, а блок преобразования сглаженных координат выполнен в виде блока формирования границ зоны отчуждения, формирующего границы в виде геометрического места точек касательных к парам эллипсов рассеяния i-го и j-ого разделяющихся элементов, максимально удаленных от центра района испытаний по каждому угловому направлению из него, причем, выходы блоков памяти исходных данных группы соединены с входами блока определения внешних касательных к парам эллипсов рассеяния i-го и j-ого разделяющихся элементов, выходы которого соединены с первыми входами блока формирования границ зоны отчуждения, вторые входы которого соединены с выходом блока памяти координат центра района испытаний.
На чертеже представлены:
на фиг. 1 - функциональная схема автоматизированного устройства определения зоны отчуждения при стрельбах в районе испытаний;
на фиг. 2 - пример определения касательных к двум эллипсам рассеяния.
Автоматизированное устройство определения зоны отчуждения при стрельбах в районе испытаний (фиг. 1) содержит блок 1 сглаживания и блок 2 преобразования сглаженных координат.
Кроме того, устройство содержит группу блоков 3-1 … 3-n памяти исходных данных по числу n разделяющихся элементов, каждый из которых содержит блок 4 задания координат точек прицеливания i-го (i=1…n) разделяющегося элемента, блок 5 задания большой и малой полуосей рассеяния i-го разделяющегося элемента, блок 6 задания среднего квадратичного отклонения (СКО) i-го разделяющегося элемента и блок 7 задания угла α большой полуоси эллипса рассеяния i-го разделяющегося элемента относительно оси абцисс.
Дополнительно к этому устройство содержит блок 8 памяти координат центра района испытаний.
В устройстве блок 1 сглаживания выполнен в виде блока определения внешних касательных к парам эллипсов рассеяния i-го и j-ого (j=1…n, j=/i) разделяющегося элемента, а блок 2 преобразования сглаженных координат выполнен в виде блока формирования границ зоны отчуждения, формирующего границы в виде геометрического места точек касательных к парам эллипсов рассеяния i-го и j-ого разделяющегося элемента, максимально удаленных от центра района испытаний по каждому угловому направлению из него.
При этом, выходы блоков 3-1…3-n памяти исходных данных группы соединены с входами блока 1 сглаживания, выполненного в виде блока определения внешних касательных к парам эллипсов рассеяния i-го и j-ого (j=1…n, j=/i) разделяющегося элемента, выходы которого соединены с первыми входами блока 2 формирования границ зоны отчуждения, выполненного в виде блока формирования границ зоны отчуждения, формирующего границы в виде геометрического места точек касательных к парам эллипсов рассеяния i-го и j-ого разделяющихся элементов, максимально удаленных от центра района испытаний, а вторые входы соединены выходом блока 8 памяти координат центра района испытаний.
Автоматизированное устройство определения зоны отчуждения при стрельбах в районе испытаний работает следующим образом.
0i
0i
i
i
i
i
0
0
Предварительно или в процессе работы устройство в блок 4 каждого из блоков 3-i (i=1…n) памяти исходных данных заносятся координаты x, y точек прицеливания i-ого боевого элемента, в блок 5 значения a, bi -большая и малая полуоси эллипса рассеивания, соответственно, для каждого боевого элемента, которые характеризуют индивидуальные зоны рассеяния для каждого боевого элемента, в блок 6 значения {(Δx,Δy)} - среднеквадратичные отклонения координат центра эллипса рассеивания для каждого боевого элемента, в блок 7 значения угла α большой полуоси эллипса рассеяния i-го разделяющегося элемента относительно оси абцисс, а в блок 8 значения х, y - координат центра района испытаний и радиус r Земли в этой точке.
В блоке 1 по исходным данным определяются внешние касательные к парам эллипсов.
Эти касательные определяются из следующих соотношений.
0
0
Рассмотрим положение эллипса на плоскости. Для этого введем декартову систему координат. В общем случае начало координат не совпадает с центром эллипса, а направление большой полуоси эллипса не совпадает с направлением оси абсцисс. Пусть центр эллипса находится в точке с координатами (x, y), а и b - его большая и малая полуоси соответственно, большая полуось образует с осью абсцисс угол α. Тогда общее уравнение эллипса, получаемое из канонического уравнения эллипса поворотом системы координат и переносом ее центра, примет вид:
Линейное уравнение
M
M
определяет касательную к эллипсу, заданному уравнением (1), проходящую через принадлежащую ему точку М(x, y).
1
1
1
01
01
2
2
2
02
02
Мы имеем два эллипса, каждый из которых задается параметрами (a, b, a, x, y) и (a, b, a, x, y) соответственно. Требуется найти уравнение их общей касательной вида Сх+Dy+Е=0 (фиг. 2).
Разрешим уравнение (2) относительно x и y. Введем обозначения А и В, где
Тогда уравнение прямой (2) примет вид
1
1
1
01
01
2
2
2
02
02
Прямая (4) должна касаться обоих эллипсов. То есть для эллипсов (а, b, а, х, y) и (а, b, a,x, y) это одна и та же прямая. Тогда справедливы соотношения
1
1
2
2
где переменные А, В, А, В определяются выражениями (3).
Мы получили систему (5) трех линейных уравнений с четырьмя неизвестными. Так как точка касания принадлежит эллипсу и удовлетворяет уравнению (1), добавим в систему (5) нелинейное уравнение
для первого эллипса или
для второго.
Система уравнений (5) с уравнением (6) или (7) является системой второго порядка по каждому неизвестному, следовательно, в общем случае она будет иметь 4 различных решения. Для поиска решений можно воспользоваться одним из известных численных методов, например, методом простых итераций, методом Ньютона, методом покоординатного спуска и т.п.
1
M1
M1
2
M2
M2
Каждое из найденных решений с учетом выражений (3) даст пару точек M(x, y) и М(x, y), задающих прямую
где
1
2
На фиг. 2 отмечена одна пара таких точек М и М.
Таким образом, мы получили четыре касательных. Две из них являются внешними и две внутренними. На фиг. 2 внутренние касательные обозначены пунктиром. Для построения огибающей представляют интерес только внешние касательные, то есть, такие, для которых центры обоих эллипсов расположены по одну сторону от них.
01
01
02
02
01
01
02
02
Чтобы определить, является касательная внутренней или внешней, достаточно подставить координаты центров эллипсов (x, y) и (х, y) всоответствующее уравнение касательной (8). Касательная является внешней, если значения выражений Сх+Dy+Е и Сх+Dy+Е имеют одинаковые знаки, и внутренней, если знаки их различны.
0
0
0
0
При известных координатах центра района испытаний x, y, задаваемых блоком 8 в блоке 2 формирования границ зоны отчуждения, выполненного в виде блока формирования границ зоны отчуждения, формируются границы этой зоны в виде геометрического места точек касательных к i-ым и j-ым парам эллипсов рассеяния разделяющихся элементов, максимально удаленных от центра района испытаний. При использовании данных о радиусе Земли в центре района испытаний в точке х, y возможен перевод полученных границ зоны отчуждения в географические координаты.
Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям, достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей и повышении точности определения зоны отчуждения при испытательных стрельбах баллистических объектов с учетом ошибок их доставки с целью расширения арсенала технических средств для решения задач, направленных на обеспечение безопасности испытаний баллистических снарядов, оснащенных разделяющимися элементами.