СПОСОБ СЛЕЖЕНИЯ ЗА ПОДВИЖНЫМ ОБЪЕКТОМ
METHOD OF TRACKING MOBILE OBJECT

В настоящем описании и материалах заявки использованы только открытые отечественные источники информации.
Изобретение относится к способам повышения эффективности управления, а более конкретно к способам слежения за подвижным объектом.
15
От эффективности визирования за подвижным объектом и слежения за ним (прежде всего точности визирования) зависит и эффективность соответствующих процессов управления. Например, при фотосъемках, киносъемках, телеуправлении, дальнометрировании, стрельбе, геодезических работах и др. Для решения ряда задач при передаче сигналов управления на объекты управления с помощью электромагнитных волн оптического диапазона (10-10 Гц) необходимо прежде всего решить задачу точного визирования объекта визирования. В настоящее время эта задача решается путем придания устройствам визирования приборов слежения такого положения, которое обеспечило бы точное совмещение линии визирования с объектом визирования (Новый энциклопедический словарь. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия». Издательство «Рипол Классик». 2000, с.188. Гриф - «несекретно»).
Известен, например, способ визирования и слежения за подвижным объектом, реализованный в комплексе вооружения (см., например, Руководство по материальной части и эксплуатации танка Т-62. М.: Воениздат, 1968, с.195-210. Гриф - «несекретно»). В этом комплексе при стрельбе в обычных условиях с места по неподвижной цели слежение сводится к визированию и осуществляется путем совмещения точки визирования на цели с визирным индексом (прицельной маркой) в визирном устройстве прибора слежения (прицела), а изменение условий стрельбы учитывается перемещением визирного индекса (прицельной марки) на определенную угловую величину до выстрела. При этом возникает необходимое угловое рассогласование между линией визирования и вооружением (осью канала ствола орудия), что обеспечивает, с одной стороны, ввод поправки, а с другой - однообразие визирования. Этому способу визирования свойственны недостатки: линия визирования отклоняется от оптической оси визирного устройства, что сопровождается ухудшением видимости, снижением разрешающей способности оптической системы и быстрым нарастанием зрительной усталости наводчиков-операторов. Кроме того, при стрельбе в условиях, отличных от обычных (стрельба с ходу, по движущейся цели, стрельба при сильном боковом ветре и т.д.), приходится постоянно вводить изменяющуюся поправку в положение визирного индекса относительно объекта визирования. В этом случае снижается точность прицеливания, а вместе с этим резко падает и эффективность стрельбы.
Известен также способ слежения и визирования за подвижным объектом (см., например, «Танк Т-80Б». Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Кн.1. М.: Воениздат, 1984, с.48-54, с.86. Гриф - «несекретно»), являющийся прототипом заявляемого. Он включает определение и установку исходных размеров поля зрения визирного устройства прибора слежения, совмещение его (поля зрения) с объектом слежения и визирования и удержание в таком положении в течение заданного времени.
В этом способе поправки на отклонение условий стрельбы от нормальных вводятся в положение вооружения по отношению к линии визирования, а не наоборот. Это обеспечивает однообразие при прицеливании, предотвращает ухудшение видимости и снижение разрешающей способности оптической системы, а вместе с этим способствует и улучшению эргономических условий при визировании.
Однако этот способ также имеет недостатки. Удерживать линию визирования на точке визирования необходимо более продолжительное время, чтобы обеспечить ввод в положение вооружения всех поправок (не менее 3 с). При стрельбе управляемой ракетой на максимальную дальность линию визирования необходимо удерживать на точке визирования не менее 10 с.Это вызывает повышенную напряженность органов зрения обслуживающего персонала, что очень часто приводит к потере объекта визирования и слежения или визирного индекса в условиях действия пыледымовых и особенно световых помех. Кроме того, продолжительное визирование в условиях стабилизации поля зрения приводит (из-за его увода) к увеличению ошибки визирования. Поэтому эффективность способа снижается. Еще более она снижается, если визирование осуществляется с подвижного объекта, при маневрировании которого визирная линия, несмотря на ее стабилизацию по высоте и направлению, в плоскости крена отклоняется, поскольку в ней не стабилизирована. Отклонение это тем больше, чем больше угол возвышения линии визирования и угол крена визирного устройства. Если же объект визирования подвижен (бегущий спортсмен, движущаяся цель на поле боя и др.), то ошибки слежения могут увеличиться в разы и в существенной степени зависят от угловой скорости слежения за подвижным объектом.
Целью изобретения является улучшение условий, повышение помехоустойчивости и точности визирования.
0
в
ю
лв
и
3
и
з
Указанная цель достигается тем, что в известном способе слежения за подвижным объектом, включающем определение и установку исходных размеров поля зрения визирного устройства прибора слежения, совмещение его с объектом слежения и удержание в таком положении в течение заданного времени, формируют стабилизированную линию визирования и юстируют ее в исходном состоянии с оптической осью визирного устройства прибора слежения, определяют направление и величину угловой скорости ухода от оптической оси визирного устройства прибора слежения стабилизированной линии визирования, перемещают с этой же скоростью стабилизированную линию визирования в противоположном направлении, совмещают ее с точкой визирования на объекте слежения, при маневрировании визирного устройства измеряют угол его крена, угол возвышения линии визирования, определяют угол отклонения линии визирования от заданного положения и перемещают ее в обратном направлении на этот же угол в заданное положение, при перемещении объекта слежения с угловой скоростью, близкой к постоянной, измеряют и запоминают направление и величину этой скорости, перемещают в этом же направлении и с такой же угловой скоростью линию визирования, подсвечивают визирный индекс, плавно изменяют яркость и цвет его подсветки до достижения им оптимального контраста с объектом слежения, уменьшают поле зрения до размера , где В - уменьшаемый угловой размер поля зрения визирного устройства прибора слежения, В - угловой размер объекта визирования, σ - среднеквадратическое значение ошибки визирования, σ - среднеквадратическое значение ошибки юстировки линии визирования с оптической осью визирного устройства, ω - угловая скорость перемещения линии визирования, t - время инерции системы «глаз - визирное устройство - прибор слежения», а по истечении времени t+t, где t - заданное время визирования, восстанавливают исходные размеры поля зрения визирного устройства прибора слежения.
Предложенный способ позволил устранить указанные недостатки.
Использование предлагаемого способа происходит следующим образом. Предварительно в исходном состоянии формируют стабилизированную линию визирования (с помощью, как правило, гироскопического стабилизатора линии визирования (СЛВ)), юстируют ее с оптической осью визирного устройства прибора слежения. При этом устраняют появляющиеся ошибки юстировки, значение которых при каждом включении СЛВ является случайным. Определяют направление и величину угловой скорости ухода от оптической оси визирного устройства стабилизированной линии визирования. Для компенсации ухода СЛВ формируют соответствующий сигнал и перемещают ее с той же скоростью в противоположном направлении. Затем СЛВ совмещают с точкой визирования на объекте визирования, определяют и устанавливают необходимый размер поля зрения (как правило, угол поля зрения) визирного устройства.
Определение и выбор исходных размеров поля зрения зависят от типа прицельного устройства. Если это оптический прибор, то основным размером будет угол поля зрения, изменяемый, как правило, плавно или дискретно в зависимости от необходимого увеличения, размеров объекта визирования (цели), скорости его движения, наличия помех в поле зрения и т.д. В процессе поиска объектов визирования и слежения (целей) до их обнаружения размеры поля зрения, как правило, максимальны, что необходимо для сокращения времени поиска.
Если же поиск объектов визирования производится по экрану электронно-оптического устройства, то основными размерами поля зрения будут ширина и высота экрана. Совмещение линии визирования с точкой визирования производится с помощью визирного индекса (марки), съюстированного с оптической осью визирного устройства. Поэтому при совмещении линии визирования с объектом визирования и слежения одновременно происходит совмещение с ним и оптической оси визирного устройства, благодаря чему достигается увеличение разрешающей способности визирного устройства и видимости цели, уменьшается вероятность оптических искажений.
При маневрировании визирного устройства прибора слежения появляются отклонения визирной линии в плоскости крена, поскольку она не стабилизирована в этой плоскости. Отклонения эти тем больше, чем больше угол возвышения линии визирования. Поэтому измеряют угол крена визирного устройства и угол возвышения линии визирования, определяют угол отклонения линии визирования от заданного положения в соответствии с выражением Ψ=φSinγ, где Ψ - угол отклонения линии визирования от заданного положения в плоскости крена, φ - угол возвышения линии визирования, γ - угол крена визирного устройства. Затем перемещают линию визирования в обратном направлении на этот же угол в заданное положение.
При перемещении объекта слежения с угловой скоростью, близкой к постоянной, измеряют и запоминают направление и величину этой скорости, перемещают в этом же направлении и с такой же угловой скоростью линию визирования.
0
в
ю
лв
и
з
и
з
Для повышения контраста фона местности и визирного индекса его подсвечивают, изменяют яркость и цвет его подсветки до достижения им оптимального контраста и с объектом визирования. В наиболее ответственный момент (например, при слежении за объектом визирования при киносъемке, при стрельбе и др.) для уменьшения помех уменьшают поле зрения на заданное время визирования до , где В - уменьшаемый угловой размер поля зрения визирного устройства прибора слежения, В - угловой размер объекта визирования, σ - среднеквадратическое значение ошибки визирования, σ - среднеквадратическое значение ошибки юстировки линии визирования с оптической осью визирного устройства, ω - угловая скорость перемещения линии визирования, t - время инерции системы «глаз - визирное устройство - прибор слежения», а по истечении времени t+t, где t - заданное время визирования, восстанавливают исходные размеры поля зрения визирного устройства прибора слежения.
С уменьшением размеров поля зрения визирного устройства уменьшается вероятность попадания в него помех. Благодаря компенсации угловой скорости ухода стабилизированной линии визирования, позволившей значительно уменьшить ошибки визирования, такое уменьшение стало возможным практически до размеров объекта визирования. Однако из-за ошибок визирования и юстировки, а также из-за угловых ошибок слежения за подвижным объектом слежения такое уменьшение поля зрения нецелесообразно.
Уменьшение поля зрения может происходить либо по специальной команде наводчика, например нажатием на введенную для этих целей в систему управления специальную кнопку, либо по совпадающей по времени штатной команде системы управления: команды на замер дальности, заряжание орудия и др. Если размеры поля зрения угловые, то информацию о размерах объекта визирования определяют после замера дальности до него. Информация о размерах типовых объектов визирования (целей) вводится в систему управления заблаговременно. Уменьшение размера поля зрения производится с помощью специально введенной в оптическую систему визирного устройства диафрагмы с регулируемым посредством специального привода осевым отверстием.
Уменьшение поля зрения обеспечивает снижение яркости фона и повышение четкости изображения цели (см., например, Е.И.Бутиков «Оптика», М., «Высшая школа», 1986, с.347-352). Кроме того, за счет снижения яркости фона обеспечивается увеличение контраста визирного индекса (визирной марки). Основное же значение уменьшения поля зрения заключается в экранировании пыледымовых и, прежде всего, световых помех. Все это обеспечивает повышение помехоустойчивости и точности визирования. По истечении заданного времени восстанавливают исходные размеры поля зрения.
Величину заданного времени определяет, как правило, соответствующий оператор (телевидения, киносъемки и др.). Что касается стрельбы по целям, то заданным временем считается время от момента совмещения линии визирования с объектом визирования до попадания снаряда (ракеты) в цель. Команда на восстановление размеров поля зрения может быть подана как самим оператором (наводчиком), так и автоматически системой управления на основании информации о дальности до цели и скорости полета снаряда (ракеты). Своевременное восстановление исходных размеров поля зрения необходимо для сохранения высокого уровня достоверности оценки результата выстрела и эффективной разведки последующих целей (в случае поражения предыдущей).
Предложенный способ визирования обеспечивает получение положительного эффекта. Он заключается в повышении помехоустойчивости и точности процесса визирования, что обеспечивается экранированием световых и пыледымовых помех, снижением яркости фона и повышением четкости изображения. Кроме того, при слежении за подвижным объектом угловые ошибки слежения практически не возникают и напряженность оператора не увеличивается. Экспериментальная оценка эффективности предложенного способа визирования свидетельствует о возможности существенного повышения точности визирования при стрельбе в сложных условиях (пестрый и яркий фон, быстрое изменение яркости фона и цели, наличие световых и пыледымовых помех в поле зрения визирного устройства и др.). Частость попадания при электронных стрельбах в условиях световых помех, полученная наводчиками с использованием предложенного способа, превысила (на 8-12%) частость попадания, полученную известным (см. прототип) способом визирования в аналогичных условиях. При визировании с подвижного объекта частость попадания возросла еще на 5%, а при слежении за подвижным объектом показатели не изменились.
Предложенный способ слежения может быть использован как в военных целях, так и в других областях науки и техники, например при визировании объектов и слежении за ними на фоне звездного неба, в телевидении, кино, фотографии, геологии, навигации и др.