СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЛЕТА СНАРЯДОВ ОТНОСИТЕЛЬНО ЦЕНТРА МИШЕНИ ПРИ СТРЕЛЬБЕ ИЗ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО ОРУЖИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
DETERMINATION OF PROJECTILES SCATTER CHARACTERISTICS AT ARTILLERY FIRE AND DATA PROCESSING SYSTEM TO THIS END

Изобретение относится к полигонным испытаниям и может быть использовано для определения характеристик пролета снарядов относительно центра мишени, в частности для определения закона рассеивания снарядов в полярных координатах, плотности распределения модуля вектора пролета, плотности распределения фазы вектора пролета, математического ожидания и дисперсии, для различных случаев, встречающихся на практике.
Известен способ для измерения скорости метаемого тела, заключающийся в измерении скорости метаемого тела на основе измерения временного интервала пролета метаемого тела относительно двух пространственно разнесенных неконтактных датчиков, при этом конструкция неконтактных датчиков выполнена в виде двух перпендикулярно расположенных линеек излучающих диодов и линеек фотоприемников, определение координат пролета метаемого тела, на основе фиксации комбинации сработавших элементов фотоприемников, выдачи информации о скорости метаемого тела и координат его пролета относительно первого и второго датчиков (Ефанов В.В., Мужичек С.М., патент РФ на изобретение №2285267 от 10.10.2006 г.).
Известно устройство для измерения скорости метаемого тела, которое содержит два разнесенных датчика, первый и второй измерительные приборы, связанные с выходами неконтактных датчиков, первый, второй, третий, четвертый элемент ИЛИ, первый и второй блок логики, при этом конструкция каждого неконтактного датчика выполнена в виде двух перпендикулярно расположенных линеек излучающих диодов и линеек фотоприемников, причем выходы горизонтально расположенной линейки фотоприемников первого датчика соединены одновременно с входами первого элемента ИЛИ и первыми входами первого блока логики, выходы вертикально расположенной линейки фотоприемников первого датчика соединены одновременно с входами второго элемента ИЛИ и вторыми входами первого блока логики, выходы горизонтально расположенной линейки фотоприемников второго датчика соединены одновременно с входами третьего элемента ИЛИ и первыми входами второго блока логики, выходы вертикально расположенной линейки фотоприемников второго датчика соединены одновременно с входами четвертого элемента ИЛИ и вторыми входами второго блока логики, выход первого и второго элемента ИЛИ соединены соответственно с первыми входами первого и второго измерительных приборов, выходы третьего и четвертого элемента ИЛИ соединены соответственно со вторыми входами первого и второго измерительных приборов, выход источника питания соединен с линейками излучающих диодов, блок логики состоит из матрицы элементов И, из матрицы триггеров, блока индикации, причем первые входы матрицы элементов И соединены с первыми входами блока логики, а вторые входы соединены со вторыми входами блока логики, а выходы элементов И соединены с входами триггеров, выходы которых соединены с блоком индикации (Ефанов В.В., Мужичек С.М., патент РФ на изобретение №2285267 от 10.10.2006 г.).
Недостатком данных способа и устройства является невозможность определения характеристик рассеивания снарядов. Одним из важнейших факторов, определяющих случайный характер ущерба, наносимого стрельбой цели, является рассеивания средств поражения - снарядов, бомб, ракет, торпед и др. Рассеиванием называется случайное отклонение относительной траектории снаряда от расчетной точки. Обычно в качестве расчетной точки рассматривается центр цели. Рассеивание имеет место при любом виде стрельбы и вызывается различными ошибками, сопровождающими прицеливание и стрельбу. Ошибки стрельбы вызывают случайные условия отделения средств поражения от орудия или летательного аппарата, которые определяются индивидуальными конструктивными особенностями подвески его на ЛА и колебаниями установки под влиянием сил отдачи при стрельбе из автоматического оружия (Калабухова Е.П. Основы теории эффективности воздушной стрельбы и бомбометания: Учебник для студентов вузов. М.: изд. Машиностроение, 1991 г., - 332 с.).
Задачу определения характеристик пролета снарядов относительно центра мишени, удобно рассматривать в полярных координатах h, 0. В этом случае картинную плоскость располагают перпендикулярно вектору относительной скорости снаряда, тогда случайные величины Н, 0 описывают вектор пролета снаряда относительно цели, при этом h - модуль вектора пролета или просто пролет снаряда, а θ - фаза пролета, т.е. угол, характеризующий направление вектора пролета относительно цели. Между декартовыми координатами x, y w полярными h, θ существует очевидная связь
Обозначим через g (h, θ) закон рассеивания в полярных координатах и рассмотрим функцию g (h, θ) и плотности распределения отдельных случайных величин h и θ, предполагая, что рассеивание снаряда (УР) подчиняется нормальному закону.
Обозначим:
gi(θ) - плотность распределения пролета (точнее - модуля вектора пролета):
2
g(θ) - плотность распределения фазы вектора пролета:
h
m,  - математическое ожидание и дисперсия пролета:
Данные формулы описывают закон рассеивания снарядов в полярных координатах, плотность распределения модуля вектора пролета, плотность распределения фазы вектора пролета, математическое ожидание и дисперсию, для различных случаев, встречающих на практике.
Технической задачей изобретения является определения вида рассеивания снарядов относительно центра мишени при стрельбе из артиллерийского оружия.
Решение технической задачи достигается тем, что в способе определения характеристик рассеивания снарядов при стрельбе из артиллерийского оружия, заключающемся в измерении скоростей снарядов, на основе фиксации временных интервалов при пролете снарядов двух разнесенных между собой неконтактных датчиков, при этом конструкция каждого неконтактного датчика выполнена в виде двух линеек излучателей и фотоприемников, размещенных в вертикальной и горизонтальной плоскостях, определении координат пролета снарядов, на основе фиксации комбинации сработавших чувствительных элементов фотоприемников, дополнительно определяют координаты попадания снарядов в мишень на основе фиксации комбинации чувствительных элементов линеек фотоприемников, определяют характеристики рассеивания снарядов на основе анализа координат попадания снарядов в мишень, определяют математическое ожидание центра рассеивания снарядов в виде выражений
p
K
k
где N - количество выстрелов, Z Y - координаты попадания снаряда при одном выстреле, определяют среднее квадратичное отклонение в виде выражений
идентифицируют наиболее характерные виды рассеивания снарядов, на основе анализа характеристик рассеивания снарядов, идентифицируют вид рассеивания снарядов, как «круговое рассеивание без смещения центра рассеивания», в случае если характеризующие их математические ожидания равны нулю, а средние квадратические отклонения равны между собой, идентифицируют вид рассеивания снарядов, как «круговое рассеивание со смещением центра рассеивания» в случае если математические ожидание не равны нулю, а средние квадратические отклонения равны между собой, идентифицируют вид рассеивания снарядов как «некруговое рассеивание без смещения», в случае если характеризующие их математические ожидания равны нулю, а средние квадратические отклонения неравны между собой, определяют характеристики пролета снарядов относительно центра мишени в зависимости от вида рассеивания пробоин.
Кроме того, при идентификации вида рассеивания снарядов как «кругового рассеивания без смещения центра рассеивания», определяют плотность распределения модуля пролета снарядов относительно центра мишени в соответствии с выражением
определяют плотность распределения фазы пролета снарядов относительно центра мишени в соответствии с выражением
определяют математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение пролета снарядов относительно центра мишени в соответствии с выражениями
Кроме того, при идентификации вида рассеивания снарядов, как «круговое рассеивание со смещением центра рассеивания», определяют плотность распределения модуля пролета снарядов относительно центра мишени в соответствии с выражением
определяют плотность распределения фазы пролета снарядов относительно центра мишени по формуле
0
0
где I(и) - функция Бесселя первого рода нулевого порядка I
Ф(и) - интеграл вероятности
вычисляют математическое ожидание и дисперсию пролета снарядов относительно центра мишени по формулам
Кроме того, при идентификации вида рассеивания снарядов, как «некруговое рассеивание без смещения центра рассеивания», определяют плотность распределения модуля пролета снарядов относительно центра мишени в соответствии с выражением
определяют плотность распределения фазы пролета снарядов относительно центра мишени в соответствии с выражением
где вычисляют математическое ожидание и дисперсию пролета снарядов относительно центра мишени по формулам
осуществляют запись данных о результатах испытаний в блок памяти, осуществляют передачу данных о результатах испытаний через передающее и приемное устройство, устройство согласования, на микроЭВМ, высвечивают на индикаторе вид рассеивания снарядов и характеристики пролета снарядов относительно центра мишени.
Решение технической задачи достигается тем, что информационно-вычислительная система для определения характеристик пролета снарядов относительно центра мишени при стрельбе из артиллерийского оружия, содержащая два разнесенных в пространстве датчика, блок определения параметров движения снарядов, который содержит первый и второй измерительные приборы, связанные с выходами датчиков, первый, второй, третий, четвертый элементы ИЛИ, первый и второй блоки логики, каждый из датчиков выполнен в виде двух перпендикулярно расположенных линеек излучающих диодов и линеек фотоприемников, причем выходы горизонтально расположенной линейки фотоприемников первого датчика соединены одновременно с входами первого элемента ИЛИ и первыми входами первого блока логики, выходы вертикально расположенной линейки фотоприемников первого датчика соединены одновременно с входами второго элемента ИЛИ и вторыми входами первого блока логики, выходы горизонтально расположенной линейки фотоприемников второго датчика соединены одновременно с входами третьего элемента ИЛИ и первыми входами второго блока логики, выходы вертикально расположенной линейки фотоприемников второго датчика соединены одновременно с входами четвертого элемента ИЛИ и вторыми входами второго блока логики, выход первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с первыми входами первого и второго измерительных приборов, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены соответственно со вторыми входами первого и второго измерительных приборов, выход источника питания соединен с линейками излучающих диодов, блок логики состоит из матрицы элементов И, из матрицы триггеров, причем первые входы матрицы элементов И соединены с первыми входами блока логики, а вторые входы соединены со вторыми входами блока логики, а выходы элементов И соединены со входами триггеров, выходы которых являются выходами блока логики, первым, вторым, группой третьих и четвертых выходов блока определения параметров движения снарядов, являются соответственно выходы первого и второго измерительных приборов, первого и второго блоков логики дополнительно введены электронная мишень, блок обработки сигналов, приемное устройство, блок согласования, микроЭВМ, индикатор, при этом дополнительно в блоки логики введена дифференцирующая цепь, вход которой связан с выходом кнопки «огонь», а выход со вторыми входами матрицы триггеров, выход кнопки «огонь» соединен с устройством стрельбы артиллерийского оружия, пятым входом блока определения параметров движения снарядов и седьмым входом блока обработки сигналов, причем пятый вход блока определения параметров движения снарядов и седьмой вход блока обработки сигналов являются третьими входами блоков логики, первая и вторая группы выходов электронной мишени, а также первый, второй, группа третьих и четвертых выходов блока определения параметров движения снарядов соединены соответственно с группой первых, вторых, третьим, четвертым, группой пятых и шестых входов блока обработки сигналов, выход которого соединен по бесконтактной линии связи с входом приемного устройства, выход которого через устройство согласования соединен с входом микроЭВМ, выход которого соединен с выходом индикатора, блок обработки сигналов содержит блок логики, блок определения характеристик рассеивания снарядов, блок идентификации видов рассеивания снарядов, первый, второй и третий блоки определения характеристик пролета снарядов, блок памяти, передающее устройство, причем группа первых и вторых входов, а также третий, четвертый, группа пятых и шестых входов блока обработки сигналов являются соответственно группой первых и вторых входов блока логики, а также третьим, четвертым, группой пятых и шестых входов блока памяти, группа выходов блока логики соединена одновременно с входами блока определения характеристик рассеивания снарядов и группой четвертых входов блока памяти, выход блока определения характеристик рассеивания снарядов соединен с входом блока идентификации видов рассеивания снарядов, первый, второй и третий выходы которого соединены с входами соответственно первого, второго и третьего блоков определения характеристик пролета снарядов, первая, вторая и третья группы выходов которого соединены соответственно с первой, второй и третьей группами входов блока памяти, выход которого соединен с входом передающего устройства, выход которого является бесконтактным выходом блока обработки сигналов.
На фиг. 1 приведена структурная схема информационно-вычислительной системы определения характеристик пролета снарядов относительно центра мишени при стрельбе из артиллерийского оружия, на фиг. 2 - структурная схема блока определения параметров движения снарядов, на фиг. 3 - структурная схема блока обработки сигналов, на фиг. 4 - структурная схема блока логики, на фиг. 5 - вид рассеивания снарядов «круговое рассеивания без смещения центра рассеивания», на фиг. 6 - вид функции распределения плотности пролета снарядов, на фиг. 7 - вид рассеивания снарядов «круговое рассеивания со смещением центра рассеивания», на фиг. 8 - вид функции плотности распределения пролета снарядов, на фиг. 9 - вид функции плотности распределения фазы вектора пролета снарядов, на фиг. 10 - вид рассеивания снарядов «некруговое рассеивание без смещения центра рассеивания», на фиг. 11 - вид функции плотности распределения фазы пролета снарядов.
Информационно-вычислительная система определения характеристик пролета снарядов относительно центра мишени содержит артиллерийское оружие 1, снаряды 2, первый 3 и второй неконтактные датчики 4, которые разнесены в пространстве, электронную мишень 5, блок 6 определения параметров движения снарядов, блок 7 обработки сигналов, приемное устройство 8, устройство 9 сопряжения, микроЭВМ 10, индикатор 11, конструкция каждого неконтактного датчика состоит из двух перпендикулярных излучающих диодов 12 и фотоприемников 13, при этом излучающие диоды подсоединены к источнику питания 14.
Блок 6 определения параметров движения снарядов содержит первый 15 и второй 16 измерительный прибор, первый 17, второй 18, третий 19, четвертый 20 элемент ИЛИ, первый 21 и второй 22 блок логики.
Блок 7 обработки сигналов содержит блок 23 логики, блок 24 идентификации вида рассеивания снарядов, первый 25, второй 26, третий 27 блоки определения характеристик пролета снарядов относительно центра мишени, блок 28 памяти, передающее устройство 29.
Блоки 21, 22, 23 логики содержат матрицу элементов И 30, матрицу триггеров 31, дифференцирующую цепь 32, при этом боевая кнопка (кнопка «Огонь») соединена с устройством стрельбы артиллерийского оружия, а через пятый вход блока определения параметров движения снарядов и седьмой вход блока обработки сигналов - с входами дифференцирующей цепи 32 блоков логики (21, 22, 23).
Описание работы устройства.
Для определения характеристик пролета снарядов относительно центра цели при стрельбе из артиллерийского оружия создается мишенная обстановка в виде двух разнесенных между собой неконтактных датчиков (3, 4) и электронной мишени 5, выходы которых соединены соответственно с входами блока 6 определения параметров движения снарядов и блока 7 обработки сигналов (фиг. 1).
Конструкция неконтактных датчиков (3, 4) и электронной мишени 5 выполнена в виде перпендикулярно расположенных линеек излучающих диодов 12 и линеек фотоприемников 13.
Для осуществления прицеливания на электронную мишень 5 наклеивается бумага, с центром прицеливания в виде перекрестия. В канал ствола артиллерийского оружия (АО) вставляется трубка холодной пристрелки (ТХП) и наводятся стволы по центру прицеливания электронной мишени 5, после наводки стволов АО, ТХП вынимается из канала ствола.
Затем производится стрельба и на выбранной картинной плоскости в виде электронной мишени 5 фиксируется декартовые координаты точек попадания снарядов 2.
В момент пролета снарядов относительно первого 3 датчика происходит срабатывание определенной комбинации чувствительных элементов линейки фотоприемников 13 (фиг. 1, 2). Сигналы с выходов фотоприемников 13, датчика 3 через первые 17 и вторые 18 элементы ИЛИ поступают одновременно на запуск первого 15 и второго 16 измерительного прибора и на первые и вторые входы первого 21 блока логики (фиг. 1, 2).
В момент пролета снаряда относительно второго 4 датчика происходит срабатывание следующей комбинации чувствительных элементов линейки фотоприемников 13 (фиг. 2). Сигналы с выходов фотоприемников 13, второго 4 датчика через третий 19 и четвертый 20 элементы ИЛИ поступают одновременно на остановку первого 15 и второго 16 измерительного прибора и на первые и вторые входы второго 22 блока логики (фиг. 1, 2).
Таким образом, обеспечивается определение скоростей снарядов на основе измерения их временных интервалов относительно двух разнесенных в пространстве неконтактных датчиков (3, 4).
Сигналы о скоростях полета снарядов в горизонтальной и вертикальной плоскости поступают с выходов первого 15 и второго 16 измерительных приборов (которые являются первым и вторым выходами блока 6 определения параметров движения снарядов) соответственно на третий и четвертый входы блока 7 обработки сигналов (третий и четвертый входы блока 25 памяти) (фиг. 2, 3).
Коды сигнала, поступающие на первые и вторые входы блока 21 логики, соответствуют координатам пролета снаряда относительно первого 3 датчика (фиг. 2) и обеспечивают срабатывания определенных комбинаций матрицы элементов И 30, сигналы с выхода которых обеспечивают срабатывания комбинации матрицы триггеров 31, сигналы с выхода которого поступают на группу пятых входов блока 7 обработки сигналов и соответственно на седьмые входы блока 25 памяти (фиг 4).
Сигнал обнуления логических элементов блоков логики (21, 22, 23) поступает от кнопки «Огонь» через дифференцирующую цепь 32 на вторые входы матрицы триггеров 31.
Аналогично второму 22 блоку логики определяются координаты пролета снарядов относительно второго 4 датчика, сигналы с выхода блока 22 логики поступают на группу шестых входов блока 7 обработки сигналов и соответственно на восьмые входы блока 25 памяти.
При попадании снарядов в электронную мишень 5 сигналы с его первого и второго выходов поступают на первый и второй входы блока 7 обработки сигналов.
Причем группа первых и вторых входов, а также третий, четвертый, группа пятых и шестых входов блока 7 обработки сигналов является соответственно группой первых и вторых входов блока логики, а также третьим, четвертым, группой пятых и шестых входов блока 28 памяти.
На третий и четвертые входы, группу пятых и шестых входов блока 28 памяти поступает соответственно информация о скоростях движения снарядов и координатах их пролета относительно первого 3 и второго 4 неконтактных датчиков.
С группы выходов блока 22 логики сигналы поступают одновременно на группу четвертых входов блока 28 памяти и входы блока 24 идентификации вида рассеивания снарядов.
Блок 24 идентификации вида рассеивания снарядов определяет математическое ожидание центра рассеивания снарядов в виде выражений
p
K
k
где N - количество выстрелов, Z Y - координаты попадания снаряда при одном выстреле, а также определяет среднее квадратичные отклонения в виде выражений
Кроме того, блок 24 на основе сравнения текущих значений математического ожидания и средних квадратических отклонений с заданными определяет вид рассеивания.
z
y
z
у
z
y
z
y
z=
y
z
y
В случае если текущие значения соответствуют значениям m=m=0, σ=σ=σ, то идентифицируют вид рассеивания как «круговое рассейвание без смещения центра рассеивания», если текущие значения соответствуют значениям m≠0, m≠0, σ=σ=σ, то идентифицируют вид рассеивания как «круговое рассеивание со смещением центра рассеивания», если текущие значения соответствуют значениям mm=0, σ≠σ, то идентифицируют вид рассеивания снарядов как «некруговое рассеивание без смещения центра рассеивания».
В зависимости от идентификации видов рассеивания снарядов с первого, второго и третьего выходов блока идентификации сигналы поступают на первый 25, второй 26 и третий 27 блоки определения характеристик пролета снарядов.
Первый блок 25 определения характеристик пролета снарядов при идентификации «кругового рассеивание без смещения центра рассеивания» обеспечивает определение плотности распределения модуля пролета, плотности распределения фазы пролета, математическое ожидание и дисперсию.
При этом закон рассеивания снарядов имеет вид
Плотность распределения пролета подчиняется закону Релея
а плотность распределения фазы пролета - закону равномерной плотности
1
Вид функции g(h) приведен на (фиг. 6).
Математическое ожидание и среднее квадратические отклонение пролета:
Исключая в этих двух формулах σ, получим однозначную связь между средним квадратическим отклонением и математическим ожиданием
Второй 26 блок определения характеристик пролета снарядов, при идентификации «кругового рассеивания со смещением центра рассеивания», обеспечивает определения характеристик пролета снарядов относительно центра мишени.
При круговом рассеивании направления осей координат в картинной плоскости не имеют значения. Выберем их так, чтобы одна из осей, например OZ, проходила через центр рассеивания (фиг. 7, пунктирное положение осей).
Тогда в этой новой системе координат (будем по-прежнему обозначать ее OZY)
где
Плотность распределения пролета подчиняется закону Райса
а плотность распределения фазы пролета снарядов определяется по формуле
0
где I(и) - функция Бесселя первого рода нулевого порядка
Ф(и) - интеграл вероятности
1
2
Вид функции g(h) представлен на фиг. 8 (σ=3 м, а/σ=2), а функции g(Q) - на фиг. 9 для а/σ=0, 1, 2, 3.
Математическое ожидание и дисперсия пролета вычисляются по формулам
Третий блок 27 определения характеристик пролета снарядов обеспечивает определения характеристик пролета снарядов при некруговом рассеивание без смещения центра рассеивания.
В этом случае закон рассеивания снарядов имеет вид
и в полярной системе координат:
Плотность распределения пролета определяется в соответствии с выражением
плотность распределения фазы пролета снарядов определяется по формуле
где
Вид функции представлен на фиг. 11. Отсчет угла θ производится от оси, соответствующей σi. Математическое ожидание пролета и дисперсия вычисляются по формулам
Блок 25 памяти осуществляет запись данных о результатах испытаний и обеспечивает передачу данных через передающее устройство 29 по линии бесконтактной линии связи, приемное устройство 8, устройство 9 согласование на вход микроЭВМ 10.
МикроЭВМ 10 определяет функции распределения модуля и фазы пролета на основе данных о результатах испытаний. На индикаторе 11 высвечивается информация о виде рассеивания снарядов и характеристиках пролета снарядов относительно центра мишени 5.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает определение характеристик пролета снарядов для различных случаев, встречающихся на практике.