Оптический прицел системы наведения управляемого снаряда (варианты)
OPTICAL SIGHT OF THE CONTROL SYSTEM OF THE CONTROLLED PROJECTILE (VERSIONS)

Изобретение относится к оптическим системам наведения управляемых снарядов и может быть использовано в системах управляемого оружия с телеориентацией в луче лазера.
Известен оптический прицел системы наведения управляемого снаряда [RU 2100745 С1, 27.12.1997], содержащий два инжекционных лазера, излучающие области которых установлены перпендикулярно осям измеряемых координат, систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось, на которой последовательно установлены оптический сканер в виде вращающейся призмы и панкратический объектив, при этом ось вращения призмы совмещена с оптической осью панкратического объектива.
В этом прицеле сканирование производится различными частями плоских лучей, что приводит к ошибкам кодирования на частоте вращения сканера.
Известен также оптический прицел системы наведения управляемого снаряда [RU 2150073 С1 от 07.06.1999], содержащий установленные соосно визир и прожектор, включающий в себя два инжекционных лазера, излучающие области которых расположены перпендикулярно осям измеряемых координат, систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось, последовательно установленные на этой оси оптический сканер, выполненный в виде вращающейся призмы, и панкратический объектив, а также непрозрачную шторку, установленную на оправу вращающейся призмы, два оптронных датчика, две схемы задержи и формирователь импульсов.
В данном оптическом прицеле синхронизация формирования поля управления привязана к срабатыванию оптронных датчиков, а формирование кодовых посылок (координат) внутри поля осуществляется пропорционально текущему времени с момента срабатывания этих датчиков.
Т.е. формирование команд управления производится в соответствии с выражением
К=Т0±ΔT/(Т/8)⋅(t-T/8),
где К - интервал между посылками;
Т0 - опорное значение интервалов между посылками;
ΔT - максимальное отклонение интервалов между посылками;
t - текущее время с момента переключения одного из оптронных датчиков;
Т - период вращения призмы.
Т.е. в общем виде формирование кодовых посылок (команд управления на лазеры) для конкретной точки плоскости сканирования производится исходя из выражения:
К=f(t), где t - время от момента переключения датчиков положения шторки.
Т.е. определение положения сканирующей полоски внутри поля сканирования производится пропорционально времени от момента переключения оптронных датчиков.
Таким образом, для обеспечения приемлемой точности формирования команд управления по полю наведения необходимо обеспечить как мгновенную, так и среднюю равномерность вращения призмы во всем диапазоне климатических условий. И даже небольшое отклонение частоты вращения от номинального значения приводит к существенному снижению точности наведения.
Задачей данного изобретения является повышение точности наведения управляемого снаряда.
Поставленная задача достигается тем, что оптический прицел системы наведения управляемого снаряда, содержащий установленные соосно визир и прожектор, включающий в себя два инжекционных лазера, излучающие области которых расположены перпендикулярно осям измеряемых координат, систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось, последовательно установленные на этой оси оптический сканер, выполненный в виде вращающейся призмы, и панкратический объектив, а также непрозрачную шторку, установленную на оправу вращающейся призмы, два оптронных датчика, первый из которых снимает сигнал с непрозрачной шторки, и формирователь импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно со входами первого и второго лазеров, снабжен растровым диском, ось вращения которого совпадает с осью вращения призмы и сигнал с которого снимается с помощью второго оптронного датчика, выход которого подключен ко второму входу формирователя импульсов, при этом непрозрачная шторка выполнена с оптически прозрачной щелью, а первый вход формирователя импульсов подключен к выходу первого оптронного датчика.
Во втором варианте решение поставленной задачи достигается тем, что в оптический прицел системы наведения управляемого снаряда, содержащий установленные соосно визир и прожектор, включающий в себя два инжекционных лазера, излучающие области которых расположены перпендикулярно осям измеряемых координат, систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось, последовательно установленные на этой оси оптический сканер, выполненный в виде вращающейся призмы, панкратический объектив и формирователь импульсов, первый и второй выходы которого подключены к входам первого и второго лазеров соответственно, введен датчик угла поворота, ось вращения которого совпадает с осью вращения оптической призмы, выходы соединены с входами формирователя импульсов.
Поставленная задача решается за счет того, что сначала измеряется положение сканирующей пластины (а не вычисляется как в прототипе) относительно опорной точки сканирования и, в соответствии с этим положением, происходит формирование кодовых посылок (команд управления) пропорционально координатам поля управления.
На фиг. 1 представлена структурная схема прожектора, выполненного по первому варианту, где 1, 2 - первый и второй инжекционные лазеры (ИЛ1, ИЛ2); 3 - поляризационный кубик (ПК); 10 - формирователь импульсов (ФИ); 11 - панкратический объектив (ПО).
На фиг. 2 представлена структурная схема прожектора, выполненного по второму варианту, 12 - датчик угла поворота (ДУП).
На фиг. 3 представлены эпюры работы устройства.
На фиг. 4 представлена схема, поясняющая работу устройства.
Примером реализации данного устройства служит прожектор (фиг. 1), содержащий два инжекционных лазера, например типа ИЛПИ-132, систему вывода излучения лазеров на единую оптическую ось, выполненную, например в виде поляризационного кубика 3, оптический сканер 4, состоящий из вращающейся призмы 5, на оправе 6 которой установлена непрозрачная шторка с оптической щелью, растровый диск 7, связанный с осью вращения сканера (или совмещенный с оправой), состоящий, например, из 512 оптически прозрачных и стольких же непрозрачных полос, двух неподвижных оптронных датчиков 8 и 9, выполненных, например, на основе щелевых оптических датчиков типа НОА2001 или аналогичных, и формирователь импульсов 10, выполненный, например, на микросхеме 1986ВЕ92.
Представленный прожектор работает следующим образом.
На фиг. 3 и фиг. 4 приведены диаграммы, поясняющие работу системы.
Вращающаяся призма 5 производит нутационное сканирование плоскими лучами лазеров 1 и 2 по формируемому полю, как показано на фиг. 4 (траектория движения). Радиус траектории сканирования на дальности управляемого снаряда поддерживается постоянным за счет изменения фокусного расстояния панкратического объектива 11. При этом в ходе сканирования призмы 5 шторка оправы и растровый диск производят прерывание сигналов в оптронных датчиках 8 и 9, на выходе которых формируются сигналы, представленные на фиг. 3а и фиг. 3б соответственно. При этом наличию сигнала на выходе первого оптронного датчика 8 (шель шторки оправы вращающейся призмы) соответствует исходная точка формирования поля управления, например, как показано на фиг. 4 (точка А). Т.е. в этой точке должен включиться первый лазер, обеспечивающий сканирование своей полосой излучения поле сканирования справа налево. Траектория движения этой полоски приведена на фиг. 4 (положение щели выставляется в процессе изготовления прожектора).
По мере движения излучающей полоски первого лазера (по мере вращения сканера) на выходе второго оптронного датчика формируются импульсы как показано на фиг. 3б. При этом число импульсов на выходе этого оптронного датчика определяется конструктивными особенностями растрового диска, и в нашем случае, например, равно 512 на один оборот призмы (сканера). Число этих импульсов задает точность формирования команд по полю управления. Так в нашем случае точек переключения кодовых комбинаций модуляции луча будет 128 за один проход и т.о., например, при величине поля управления, равной 3 м, теоретическая точность выделения управляемой ракетой координаты своего положения в луче равна (3/128)=0,023 м.
По сигналу с первого оптронного датчика (фиг. 3а) происходит приведение формирователя импульсов в исходное состояние и выключение лазеров.
По приходу первого импульса с выхода второго оптронного датчика (фиг. 3б) формирователь импульсов 10 формирует на входе первого лазера парные импульсы (фиг. 3с, d) с периодом следования в соответствии с формулами, приведенными на фиг. 3е, а в данный момент времени
где Tmin - минимальный временной интервал между парами посылок, соответствующий отрицательной единичной команде, t - шаг изменения интервала между парами импульсов, определяется выражением
t=(Tmax-Tmin)/128),
где Тmax - максимальный временной интервал между парами импульсов, соответствующий положительной единичной команде.
N - номер импульса, пришедший с выхода второго оптронного датчика, начиная с момента появления сигнала с выхода первого оптронного датчика.
Т.е. на выходе формируются импульсы, интервалы между которыми соответствуют отрицательной единичной команде
К=Tmin.
При дальнейшем вращении призмы, она поворачивается на угол, при котором опять срабатывает второй оптрон и на его выходе появляется второй импульс (фиг. 3б), и формирователь импульсов формирует следующую пару импульсов в соответствии с выражением (1), но для N=1 и т.д.
Т.о. формирователь импульсов формирует парные посылки импульсов для измеренного (фактического) положения луча лазера в пространстве независимо от равномерности скорости вращения сканера.
При приходе со второго оптронного датчика 127-го импульса формирователь импульсов прекращает формировать импульсы на первый лазер, а начинает формировать на второй (фиг. 3с) в соответствии с выражением, приведенным на фиг. 3f (точка Б на траектории движения фиг. 4)
При приходе со второго оптронного датчика 255-го импульса формирователь импульсов прекращает формировать импульсы на второй лазер и начинает формировать импульсы на первый в соответствии с выражением, приведенным на фиг. 3f в данный момент времени и в соответствии с номером пришедшего импульса с выхода второго оптронного датчика (в соответствии с положением сканирующей пластины в пространстве поля сканирования).
При приходе со второго оптронного датчика 383-го импульса формирователь импульсов прекращает формировать импульсы на первый лазер, а начинает формировать на второй в соответствии с выражением, приведенным на фиг. 3f.
Т.о. за счет того, что формирование парных посылок импульсов накачки лазеров происходит для измеренного (фактического) положения луча лазера в пространстве и не зависит от скорости и равномерности вращения пластинки сканера, удалось существенно повысить точность выделения координат управляемым снарядом, исключить биения и шумы выделения координат, связанные с мгновенной и средней неравномерностями вращения сканирующей пластины во всех условиях эксплуатации прицела.
В тоже время в качестве шторки, растра, первого и второго оптронных датчиков можно использовать любой датчик угла поворота, например энкодер типа Encoder HEDS 5540. И в этом случае структурная схема прицела имеет вид, представленный на фиг. 2.
Оптический прицел, выполненный по второму варианту работает, следующим образом.
Вращающаяся призма 5 производит нутационное сканирование плоскими лучами лазеров 1 и 2 по формируемому полю, как показано на фиг. 4. При этом на выходе датчика углового положения 12 присутствует сигнал, величина которого однозначно определяет угловое положение призмы, который поступает на формирователь импульсов 10, который производит включение и выключение первого 1 и второго 2 лазеров. При этом, как видно на фиг. 4, включение и выключение лазеров 1 и 2 происходит в точках: А(φ=45°) - включается первый лазер и выключается второй, Б(φ=135°) - выключается второй лазер и включается первый, С(φ=225°) - включается второй и выключается первый и Д(φ=315°) - включается первый и выключается второй лазеры, где φ - угловое положение призмы.
При этом формирователь импульсов 10 формирует на входы лазеров парные импульсы с периодом следования в соответствии с выражением
К=Tmin+f(φ).
Эти парные импульсы однозначно определены для конкретной точки плоскости сканирования (углового положения призмы). Таким образом, точность формирования импульсов (точность наведения) зависит только от характеристик датчика углового положения.