Пассивная головка самонаведения противокорабельных управляемых ракет

Полезная модель относится к головкам самонаведения (далее ГСН) управляемых ракет и обеспечивает повышение точности наведения противокорабельных ракет для поражения надводных скоростных целей.
В результате использования данная конструкция позволяет автоматизировать процессы селекции цели и формирования точки целеуказания по отношению к положению носителя (корабля или самолета). Заявляемое техническое решение упрощает процессы поиска цели независимо от погодных условий, улучшает прицеливание и повышает точность поражения цели. Ее использование позволяет расширить номенклатуру выпускаемой продукции.
Известна головка самонаведения по патенту РФ №127889 от 15.08.2012 г. В известной головке имеется гирокоординатор с катушкой коррекции и катушкой пеленга. На карданном подвесе размещена оптическая фотоприемная система 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.
Прототипом предложенной пассивной головки самонаведения является устройство по патенту РФ №157629, которое является наиболее близким по выполняемой функции и достигаемому результату. В известной головке имеется гирокоординатор с карданным подвесом, имеющим оптическую систему и матричное фотоприемное устройство, катушкой пеленга, катушкой коррекции, узел предварительной обработки и оцифровки видеосигнала, узел выделения движущихся объектов, блок селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов, блок принятия решения и формирования сигнала коррекции. Пассивная головка самонаведения содержит общие с заявленным техническим решением существенные признаки, такие как гирокоординатор, имеющий оптическую систему, матричное фотоприемное устройство на карданном подвесе, катушку пеленга, катушку коррекции, узел предварительной обработки изображения с аналого-цифровым преобразователем, блоком кадровой памяти, блоком медианной фильтрации, блоком настройки усиления и смещения, а также блок селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов и блок принятия решений и формирования сигнала коррекции. Кроме того, в известной конструкции вход катушки пеленга гирокоординатора соединен с карданным подвесом, выход катушки коррекции соединен с карданным подвесом, выход оптической системы соединен с входом матричного фотоприемного устройства, выход матричного фотоприемного устройства соединен с узлом предварительной обработки изображения, причем в узле предварительной обработки изображения выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом блока кадровой памяти, выход блока кадровой памяти соединен с входом блока медианной фильтрации, а выход блока селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов соединен с первым входом блока принятия решения и формирования сигнала коррекции, выход катушки пеленга соединен с вторым входом блока принятия решения и формирования сигнала коррекции, выход блока принятия решения и формирования сигнала коррекции соединен с входом катушки коррекции.
Однако данные конструкции не могут использоваться в морских условиях при поиске высокоскоросных целей независимо от погодных условий, поскольку не могут обеспечить расширение диапазона надежного функционирования ГСН в условиях неравномерных фоновых образований, то есть при одновременном приеме сигналов и от цели и от морских волн, бликов, облаков и др., а также в случае наличия умышленно организованных противником оптических помех. Недостатками как аналога, так и прототипа является то, что данная конструкция не позволяет автоматизировать процессы селекции морской цели и формирования точки целеуказания независимо от погодных условий и от скорости перемещения надводного объекта. Решение перечисленных недостатков для обеспечения процесса поиска цели независимо от погодных условий, от скорости перемещения надводного объекта, при которых требуется селекция полезных сигналов, может привести к увеличению энергетических и весогабаритных характеристик конструкции (решением аналогичных морских задач при указанных недостатках обладает патент РФ 2467347, однако в нашем случае его использование неприемлемо).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание высокоэффективной головки самонаведения для управляемых противокорабельных ракет, которая обеспечивает повышение точности наведения ракет для поражения надводных скоростных целей независимо от погодных условий. Головка самонаведения должна обеспечить надежный поиск скоростных целей и самонаведение.
Техническим результатом при реализации предложения являются: повышение точности поражения цели, быстродействие прицеливания и пуска ракеты, увеличение дальности и эффективности стрельбы. Кроме того, заявляемое техническое решение упрощает процессы поиска цели независимо от погодных условий, от скорости перемещения надводного объекта, улучшает прицеливание и повышает точность поражения цели. Устройство обеспечивает поиск и обнаружение надводной цели по ее следу на водной поверхности, захват обнаруженной цели, самонаведение противокорабельной ракеты на захваченную цель и поражение цели с высокой точностью. При этом обеспечивается расширение диапазона надежного функционирования головки самонаведения при одновременном приеме сигналов и от цели и от морских волн, бликов, облаков и др., а также в случае наличия умышленно организованных противником оптических помех. Кроме того, данная конструкция позволяет автоматизировать процессы селекции морской цели и формирования точки целеуказания. Также следует сказать о том, что использование головки позволяет расширить номенклатуру выпускаемой продукции, а внесение изменений в уже выпускаемую продукцию даст возможность ее модернизировать.
На достижение указанного технического результата оказывают влияние следующие существенные признаки. В пассивной головке самонаведения противокорабельных управляемых ракет, включающей в себя гирокоординатор, имеющий оптическую систему, матричное фотоприемное устройство на карданном подвесе, катушку пеленга, катушку коррекции, узел предварительной обработки изображения с аналого-цифровым преобразователем, блоком кадровой памяти, блоком медианной фильтрации, блоком настройки усиления и смещения, а также блок селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов и блок принятия решений и формирования сигнала коррекции, при этом вход катушки пеленга гирокоординатора соединен с карданным подвесом, выход катушки коррекции соединен с карданным подвесом, выход оптической системы соединен с входом матричного фотоприемного устройства, выход матричного фотоприемного устройства соединен с узлом предварительной обработки изображения, причем в узле предварительной обработки изображения выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом блока кадровой памяти, выход блока кадровой памяти соединен с входом блока медианной фильтрации, а выход блока селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов соединен с первым входом блока принятия решения и формирования сигнала коррекции, выход катушки пеленга соединен с вторым входом блока принятия решения и формирования сигнала коррекции, выход блока принятия решения и формирования сигнала коррекции соединен с входом катушки коррекции, пассивная головка самонаведения снабжена блоком выделения прямых линий на водной поверхности, узлом определения параметров движения надводных объектов по их следам, узел предварительной обработки изображения снабжен блоком построения гистограммы яркости изображения и блоком усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения, блок медианной фильтрации и катушка пеленга имеют дополнительные выходы, а узел определения параметров движения надводных объектов по их следам включает в себя блок выделения отрезков прямых линий в следах движущихся объектов, блок оценки параметров следов движущихся объектов и блок селекции объектов по следовым признакам, при этом выход матричного фотоприемного устройства соединен с первым входом блока усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения узла предварительной обработки изображения, выход блока усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход блока медианной фильтрации соединен с входом блока построения гистограммы яркости изображения, выход блока построения гистограммы яркости изображения соединен с входом блока настройки усиления и смещения, выход блока настройки усиления и смещения соединен с вторым входом блока усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения, а дополнительный выход блока медианной фильтрации соединен с входом блока выделения прямых линий на водной поверхности, выход блока выделения прямых линий на водной поверхности соединен с входом блока выделения отрезков прямых линий в следах движущихся объектов узла определения параметров движения надводных объектов по их следам, выход блока выделения отрезков прямых линий в следах движущихся объектов соединен с входом блока оценки параметров следов движущихся объектов, выход блока оценки параметров следов движущихся объектов соединен с входом блока селекции объектов по следовым признакам, выход блока селекции объектов по следовым признакам соединен с первым входом блока селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов, дополнительный выход катушки пеленга соединен с вторым входом блока селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов.
Отличительными признаками заявленного технического решения от прототипа является то, что пассивная головка самонаведения противокорабельных управляемых ракет снабжена блоком выделения прямых линий на водной поверхности, узлом определения параметров движения надводных объектов по их следам, узел предварительной обработки изображения снабжен блоком построения гистограммы яркости изображения и блоком усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения, блок медианной фильтрации и катушка пеленга имеют дополнительные выходы, а узел определения параметров движения надводных объектов по их следам включает в себя блок выделения отрезков прямых линий в следах движущихся объектов, блок оценки параметров следов движущихся объектов и блок селекции объектов по следовым признакам, при этом выход матричного фотоприемного устройства соединен с первым входом блока усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения узла предварительной обработки изображения, выход блока усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход блока медианной фильтрации соединен с входом блока построения гистограммы яркости изображения, выход блока построения гистограммы яркости изображения соединен с входом блока настройки усиления и смещения, выход блока настройки усиления и смещения соединен с вторым входом блока усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения, а дополнительный выход блока медианной фильтрации соединен с входом блока выделения прямых линий на водной поверхности, выход блока выделения прямых линий на водной поверхности соединен с входом блока выделения отрезков прямых линий в следах движущихся объектов узла определения параметров движения надводных объектов по их следам, выход блока выделения отрезков прямых линий в следах движущихся объектов соединен с входом блока оценки параметров следов движущихся объектов, выход блока оценки параметров следов движущихся объектов соединен с входом блока селекции объектов по следовым признакам, выход блока селекции объектов по следовым признакам соединен с первым входом блока селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов, дополнительный выход катушки пеленга соединен с вторым входом блока селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами.
На фиг. 1 представлена функциональная схема пассивной головки самонаведения корабельных управляемых ракет.
На фиг. 2 представлена схема узла предварительной обработки изображения (УПОИ).
На фиг. 3 представлена схема узла определения параметров движения надводных объектов по их следам (УОПД).
На фиг. 4 представлена фотография корабля и его корабельный след.
На фиг. 5 представлено схематичное изображение структуры волн следа.
На фиг. 6 представлена конструктивная схема гирокоординатора (ГК).
Пассивная головка самонаведения противокорабельных управляемых ракет включает в себя гирокоординатор 1, имеющий оптическую систему 2, матричное фотоприемное устройство 3 на карданном подвесе, катушку 4 пеленга и катушку 5 коррекции, узел 6 предварительной обработки изображения, блок 7 выделения прямых линий на водной поверхности, узел 8 определения параметров движения надводных объектов по их следам, блок 9 селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов и блок 10 принятия решения и формирования сигнала коррекции. Узел 6 предварительной обработки и оцифровки изображения включает в себя блок 11 усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения, аналого-цифровой преобразователь 12, блок 13 кадровой памяти, блок 14 медианной фильтрации, блок 15 построения гистограммы яркости изображения и блок 16 настройки усиления и смещения. Узел 8 определения параметров движения надводных объектов по их следам включает в себя блок 17 выделения отрезков прямых линий в следах движущихся объектов, блок 18 оценки параметров следов движущихся объектов и блок 19 селекции объектов по следовым признакам.
Связи в предложенном техническом решении выполнены следующим образом. А именно. Вход катушки 4 пеленга гирокоординатора 1 соединен с карданным подвесом, выход катушки 5 коррекции соединен с карданным подвесом, выход оптической системы 2 соединен с входом матричного фотоприемного устройства 3, выход матричного фотоприемного устройства 3 соединен с первым входом блока 11 усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения узла 6 предварительной обработки и оцифровки изображения. В узле 6 предварительной обработки изображения выход блока 11 усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 12, выход аналого-цифрового преобразователя 12 соединен с входом блока 13 кадровой памяти, выход блока 13 кадровой памяти соединен с входом блока 14 медианной фильтрации, первый выход блока 14 медианной фильтрации соединен с входом блока 15 построения гистограммы яркости изображения, выход блока 15 построения гистограммы яркости изображения соединен с входом блока 16 настройки усиления и смещения, выход блока 16 настройки усиления и смещения соединен с вторым входом блока 11 усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения. Второй выход блока 14 медианной фильтрации соединен с входом блока 7 выделения прямых линий на водной поверхности. Выход блока 7 выделения прямых линий на водной поверхности соединен с входом блока 17 выделения отрезков прямых линий в следах движущихся объектов узла 8 определения параметров движения надводных объектов по их следам, выход блока 17 выделения отрезков прямых линий в следах движущихся объектов соединен с входом блока 18 оценки параметров следов движущихся объектов, выход блока 18 оценки параметров следов движущихся объектов соединен с входом блока 19 селекции объектов по следовым признакам, выход блока 19 селекции объектов по следовым признакам соединен с первым входом блока 9 селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов. Выход блока 9 селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов соединен с первым входом блока 10 принятия решения и формирования сигнала коррекции. Выход катушки 4 пеленга соединен с вторым входом блока 10 принятия решения и формирования сигнала коррекции. Дополнительный выход катушки 4 пеленга соединен с вторым входом блока 9 селекции на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов. Выход блока 10 принятия решения и формирования сигнала коррекции соединен с входом катушки 5 коррекции.
При движении надводного объекта, а именно корабля, по водной поверхности, след, который образуется за ним, включает в себя ряд различных поверхностных волн: продольных и поперечных (см. Лайтхилл Дж. «Волны в жидкости» Перевод с английского. Москва, изд. Мир. 1981 г. с 330-341). На фиг. 4 показаны: А - продольные волны от носа судна, В - продольные волны от кормы судна, С - поперечные волны, D - турбулентный след, Е - зона обрушений и турбулентности около судна. Часть продольных волн расходятся от носа корабля, а другая - от кормы. Кроме того, в следе корабля присутствуют поперечные волны, перпендикулярные продольным. На фиг. 5 показана схематично структура поверхностных волн следа. Поэтому в состав ГСН ПКР входят блок 7 выделения прямых линий на водной поверхности, узел 8 определения параметров движения надводных объектов по их следам, блок 17 выделения отрезков линий (БВОПЛ) в следах движущихся объектов, блок 18 оценки параметров следов движущихся объектов (БОПСДО) и блок 19 селекции объектов по следовым признакам (БСОСП).
В примере исполнения (фиг. 1) представлена схема головки самонаведения, являющейся оптической. Она имеет в своем составе матричный приемник излучения, который выполнен в виде гирокоординатора (фиг. 6), что позволяет производить поэлементный анализ поля зрения принятого головкой изображения и распознавать заданные цели в виде образов, как, например, в патенте РФ №157629, кл. F41G 7/00 от 31.03.2015 г. Все используемые блоки в функциональной схеме ГСН являются известными либо получены из известных устройств путем их объединения известными методами. Узлы 6 и 8 - электронные и выполнены на микросхемах типа 1106ВП1, 1801ВМ1. Блоки 7, 9 и 10 выполнены, например, на основе микропроцессора «Эльбрус-4С/МЦСТ (1891ВМ8Я), микропроцессора МЦСТ R1000 (1891ВМ6Я) и периферийного процессора 1991 ВГ1Я. Узел 6 предварительной обработки изображения выполнен 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. 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 цифроаналогового преобразователя серии 572. Блок 9 селекции на основе байесовского, структурного и корреляционных классификаторов - цифровой и может быть реализован на микросхемах регистров, дешифраторов, счетчиков и оперативных запоминающих устройств.
Пассивная головка самонаведения противокорабельных управляемых ракет работает следующим образом. Излучение от надводной фоно-целевой обстановки (ФЦО), попавшей в поле зрения ГСН. Сама головка размещена на противокорабельной управляемой ракете, которая в свою очередь закреплена на подвижном носителе, с которого она запускается. Излучение фокусируется оптической системой (ОС) 2 на матричное фотоприемное устройство (МФПУ) 3, преобразуется в электрический сигнал и подается на блок 11 усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления и смещения узла 6 предварительной обработки изображения (УПОИ). Далее видеосигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, где преобразуется в цифровой вид и запоминается в блоке 13 кадровой памяти (БКП) и передается в блок 14 медианной фильтрации (БМФ), где видеоизображение подвергается сглаживанию, далее в блоке 15 построения гистограммы обработки яркости изображения (БПГЯИ) происходит ранжирование пикселей по тому, как часто они встречаются в данном кадре с данной яркостью. Пиксели, редко встречающиеся, отбрасываются, оставшиеся пиксели передаются в блок 16 настройки усиления и смещения (БНУС), где определяются величины коэффициентов усиления Ку и смещения Кс, которые затем передаются в блок 11 с регулируемым коэффициентом усиления и смещения, усиливают и изменяют его параметры. Первоначально коэффициенты Ку и Кс установлены в среднее положение, но по мере обработки принятого сигнала и изменения его текущих параметров значения Ку и Кс меняются, тем самым происходит предварительная обработка видеосигнала. Из блока 14 медианной фильтрации (БМФ) узла 6 (УПОИ) цифровое видеоизображение передается в блок 7 выделения прямых линий на водной поверхности (БВПЛ). Затем данные, определенные в блоке 7, передаются в блок 17 выделения отрезков прямых линий в следах движущихся объектов (БВПЛ) узла 8 определения параметров движения надводных объектов по их следам (УОПД), где по выделенным линиям определяется совокупность отрезков линий, принадлежащих следам тех или иных движущихся объектов. Далее в блоке 18 оценки параметров следов движущихся объектов (ДОПСДО) определяются скорость и направление движения выделенных объектов по их следам и уже в блоке 19 выделяются по следовым признакам объекты, наиболее похожие на цели. Далее цели, выделенные по следовым параметрам, передаются в блок 9 селекции цели на основе байесовского, структурного и корреляционного классификаторов (БСЦБСКК). Далее по совокупным результатам селекции надводного объекта, наиболее похожего на цель, в блоке 10 принятия решения и формирования сигнала коррекции (БРФ) формируется соответствующий сигнал управления в катушку коррекции (КК) 5. ГСН производит захват и автосопровождение корабля и определяет наиболее уязвимый его отсек. Далее производится самонаведение противокорабельной УР на этот отсек и поражение корабля.
Таким образом, заявленное техническое решение обеспечивает поиск и обнаружение надводной цели по ее следу на водной поверхности, захват обнаруженной цели, самонаведение противокорабельной ракеты на захваченную цель и поражение цели с высокой точностью. Кроме того, данная конструкция позволяет автоматизировать процессы селекции морской цели и формирования точки целеуказания. Заявляемая полезная модель упрощает процессы поиска цели независимо от погодных условий, от скорости перемещения надводного объекта, улучшает прицеливание и повышает точность поражения цели. Ее использование позволяет расширить номенклатуру выпускаемой продукции.