Система контроля местонахождения и ориентации в пространстве транспортного средства с артиллерийской установкой
LOCATION AND SPATIAL ORIENTATION MONITORING SYSTEM OF VEHICLE WITH ARTILLERY MOUNT

Изобретение относится к области технических средств навигации (местонахождения и ориентации в пространстве) танков и/или самоходных артиллерийских установок с устройством вращения / поворота ствола относительно корпуса по азимуту, с использованием спутниковой связи.
В настоящее время широко применяется спутниковая связь для точного определения положения (GPS и др.) и ориентации материальных объектов, включая различные транспортные средства, в том числе танки, характерной особенностью которых является наличие установленной на самоходном гусеничном шасси вращающейся по азимуту артиллерийской установки - пушки, в дополнение к инерциальным системам ориентации и комплексным электронно-оптико-механическим системам целеуказания и наведения ствола артиллерийской установки на цель [1. Интернет-ресурс: Стрельба. - http://btvt.narod.ru/uchebka/fire2.htm. 2. RU №2533645 С2, МПК B60R 25/00, B60K 35/00, G01S 13/93, G08G 1/00).
Наиболее близким к заявляемому устройству по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков аналогом (прототипом) является система контроля местонахождения и ориентации в пространстве транспортного средства, содержащая установленные на борту транспортного средства, по крайней мере, два пространственно разнесенных средства спутниковой ориентации, выходы которых подключены к входам бортового компьютера, выход которого выполнен с возможностью записи информации на носитель и передачи ее в пункт контроля движения [3. RU №29139 U1, МПК G01C 21/00, 27.04.2003, Бюл. №12].
В ближайшем аналоге (прототипе) два средства спутниковой ориентации установлены с разнесением в продольном или поперечном направлениях на расстояние не менее 1 м, что для различных перечисленных характерных транспортных средств дает точность ориентации в диапазоне от 0,5 до 1,0 м. В качестве средств спутниковой связи используются, как правило, датчики GPS. При этом точность местонахождения и ориентации возрастает с увеличением «базы» пары датчиков - расстояния между их проекциями на горизонтальную плоскость. В частных примерах выполнения устройства это достигается размещением одного из этих датчиков на отделяемом от корпуса оборудовании, возвращаемом или не возвращаемом метаемые за пределы транспортного средства (снаряды на гибкой связи, ракеты и т.д.).
Однако, в ближайшем аналоге (прототипе) по варианту размещения обоих датчиков на корпусе транспортного средства (очевидно, сюда следует отнести также танки и самоходные артиллерийские установки - САУ) упомянутая база не велика и ограничена длиной корпуса транспортного средства. Вариант же выноса одного из датчиков на артиллерийский снаряд или управляемый реактивный снаряд (УРС) проблематичен как по экономическим, так и по техническим причинам. Это ограничивает технико-эксплуатационные и тактико-технические возможности системы (транспортного средства с такой системой).
Проблема (задача), на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении технико-эксплуатационных и тактико-технических возможностей системы.
Решение указанной проблемы (задачи) достигается тем, что в системе контроля местонахождения и ориентации в пространстве транспортного средства с артиллерийской установкой, содержащей [системе] установленные на борту транспортного средства минимум два пространственно разнесенных средства спутниковой ориентации, выходы которых подключены к входам бортового компьютера, выход которого выполнен с возможностью записи информации на носитель и передачи ее в пункт управления и контроля движения, согласно заявляемому изобретению, два средства спутниковой ориентации установлены, соответственно, на оси поворота ствола артиллерийской установки по азимуту и на конце ствола.
Решение указанной проблемы (задачи) достигается также следующими дополнительными конструктивными признаками (в дополнение к указанным в предыдущем абзаце основным):
- третье средство спутниковой связи может быть установлено в кормовой части корпуса транспортного средства (это позволяет не только повысить надежность системы и увеличить базу за счет большего расстояния между датчиком на конце ствола и кормовым датчиком, но и определять взаимное положение корпуса транспортного средства и ствола его артиллерийской установки по спутниковой системе; а также повышает надежность системы за счет дублирования в случае выхода части средств из строя);
- при предыдущем признаке, третье средство спутниковой связи установлено в продольной плоскости, проходящей через ось поворота ствола артиллерийской установки по азимуту (это упрощает алгоритм тригонометрических расчетов местонахождения и ориентации как корпуса/шасси транспортного средства, так и ствола артиллерийской установки);
- либо четвертое средство спутниковой связи может быть установлено в носовой части корпуса транспортного средства, в продольной плоскости, проходящей через ось поворота ствола артиллерийской установки по азимуту (это дополнительно повышает точность определения ориентации корпуса транспортного средства и еще больше повышает надежность системы за счет дублирования в случае выхода из строя части средств);
- во всех частных случаях средства спутниковой связи могут быть выполнены в виде датчиков GPS (это в наибольшей степени адаптирует заявляемое предложение к современному уровню развития космической и электронной техники и технологиям, определяет приемлемый стоимостной «коридор» при реализации).
Примеры (для танка как примера транспортного средства с поворотной артиллерийской установкой) выполнения заявляемого изобретения представлены графически:
A-B
на фиг. 1 - система контроля местонахождения и ориентации в пространстве танка, с двумя датчиками GPS, вид в плане, где L - база (расстояние между проекциями датчиков А и Б на горизонтальную плоскость; ϕ - угол поворота (по азимуту) ствола 3 вокруг оси вращения башни 2;
A-B
на фиг. 2 - то же, с тремя датчиками GPS, где L - база (расстояние между проекциями датчиков А и В на горизонтальную плоскость) при не повернутом стволе артиллерийской установки;
Б-Г
B-Г
на фиг. 3 - система контроля местонахождения и ориентации в пространстве танка, с четырьмя датчиками GPS, где L - база (расстояние между проекциями датчиков Б и Г на горизонтальную плоскость, L - база (расстояние между проекциями датчиков В и Г на горизонтальную плоскость).
На фиг. 1-3 обозначены позициями: 1 - корпус танка; 2 - вертикальная плоскость, проходящая через продольную ось корпуса 1; 3 - поворотная (вращающаяся) башня танка; 4 - ствол артиллерийской установки, встроенной в башню 3; 5 - дульный тормоз ствола 4; 6 (А) - средство спутниковой ориентации (датчик GPS), установленное(ый) на оси поворота (вращения) башни 3 со стволом 4 артиллерийской установки; 7 (Б) - средство спутниковой ориентации (датчик GPS), установленное(ый) на свободном конце ствола 4, в частности на дульном тормозе 5; 8 (В) - средство спутниковой ориентации (датчик GPS), установленное(ый) в кормовой части корпуса 1; 9 (Г) - средство спутниковой ориентации (датчик GPS), установленное(ый) в носовой части корпуса 1.
A-Б
Заявляемая система контроля местонахождения и ориентации в пространстве транспортного средства с артиллерийской установкой (далее по тексту - «Система») по частному примеру с двумя датчиками (см. фиг. 1) содержит установленные на борту транспортного средства (ТС), пространственно разнесенные (база L в проекции на горизонтальную плоскость) средства спутниковой ориентации - датчики GPS А (поз. 6) и Б (поз. 7). Датчик А установлен на оси поворота/вращения ствола 4 (она же - ось поворота/вращения башни 3) артиллерийской установки, а датчик Б (поз. 7) - на свободном конце ствола 4, в данном примере - на дульном тормозе 5.
A-Б
А-B
Б-В
Система по частному примеру с тремя датчиками (см. фиг. 2) отличается от предыдущей наличием третьего датчика - В (поз. 8), установленного в кормовой части корпуса 1 ТС. Датчикам А, Б, В соответствуют уже три базы (пары) - L, L, L соответственно. Последняя из них - при не повернутом стволе 4, то есть при совпадении оси канала ствола 4 с плоскостью 2, - наибольшая.
В-Г
A-Б
A-В
А-Г
Б-Г
Б-В
Система по частному примеру с четырьмя датчиками (см. фиг. 3) отличается от предыдущей наличием четвертого датчика - Г (поз. 9), установленного в носовой части корпуса 1 ТС. Датчикам А, Б, В и Г соответствуют уже шесть баз (пар) - L, L, и L, L, L и L Последняя из них - также при не повернутом стволе 4 - наибольшая, три предыдущие - резервные (как уступающие другим по величине).
Расположение датчиков А, В, Г на плоскости 2 носит приоритетный, рекомендательный характер и в обоснованных случаях возможно отклонение влево и/или вправо, что, однако, несколько усложнит обработку данных Системой.
Во всех описанных частных примерах выходы датчиков (А, Б, В, Г) подключены к входам бортового компьютера (не показано), выход которого выполнен с возможностью записи информации на носитель и передачи ее в пункт управления и контроля движения транспортного средства и орудийной установки относительно корпуса 1 ТС.
Возможны примеры с вынесенной орудийной установкой (без башни 3).
Заявляемое устройство работает следующим образом.
A-Б
A-Б
В примере по фиг. 1, при значении угла ϕ=0° (не повернутый ствол 4), оба датчика - А и Б (поз 6 и 7) расположены в одной плоскости 2. Их координаты по GPS определяются. База L превышает длину корпуса 1 (а значит, и базу пары корпусных датчиков у прототипа) для многих ТС, особенно с длинноствольными орудийными установками и с центральным и, тем более, передним расположением башни 3 на корпусе 1. Большая база обусловливает более высокую точность определения положения ТС в пространстве и его ориентацию. При повернутом на тот или иной угол ϕ стволе 4, пара датчиков А и Б с базой L позволяет с такой же точностью определить ориентацию ствола 4.
A-Б
Б-В
Б-В
A-Б
A-В
В примере по фиг. 2, при значении угла ϕ=0° все три датчика - А, Б и В (поз 6-8) расположены в одной плоскости 2. Их координаты по GPS определяются. База L превышает базу пары корпусных датчиков у прототипа для многих ТС (см. предыдущий пример). Большая база обусловливает более высокую точность определения положения ТС в пространстве и его ориентацию. База L более определенно и существенней превышает базу пары корпусных датчиков и у прототипа для практически всех ТС, и даже при использовании пары А и Б (см. этот же абзац). Столь большая база (L) обусловливает еще более высокую точность определения положения ТС в пространстве и его ориентацию. При повернутом на тот или иной угол ϕ стволе 4, два датчика - А и В - расположены в одной плоскости 2, при этом датчики А и Б с базой L позволяют с такой же точностью определить ориентацию ствола 4, а пара датчиков А и В с базой L позволяет с меньшей точностью определить или подтвердить (при неподвижном ТС или неизменном его курсе) ориентацию корпуса 1 (курсовой угол ТС). Последнее значение вновь может быть уточнено при возврате ствола 4 в исходное нулевое положение ϕ=0°.
Б-В
Б-В
А-Б
B-Г
В примере по фиг. 3, при значении угла ϕ=0° все четыре датчика - А, Б, В и Г (поз 6-9) расположены также в одной плоскости 2. Их координаты по GPS определяются. Как и в предыдущем примере по фиг. 2, база L максимально превышает базу пары корпусных датчиков и у прототипа для практически всех ТС, и даже в Системе по фиг. 1. Столь большая база (L) обусловливает еще более высокую точность определения положения ТС в пространстве и его ориентацию. При повернутом на тот или иной угол ϕ стволе 4, пара датчиков А и Б с базой Lпозволяет с точностью двух первых примеров определить ориентацию ствола 4, а пара датчиков В и Г с базой L позволяет с определить или подтвердить (при неподвижном ТС или неизменном его курсе) ориентацию корпуса 1 (курсовой угол ТС) с такой же точностью, как у прототипа, но существенно большей, чем в примере по фиг. 2. Последнее значение вновь может быть уточнено с максимально высокой точностью при возврате ствола 4 в исходное нулевое положение ϕ=0°.
A-Г
Б-Г
В случае выхода из строя любых одного или двух датчиков из упомянутых четырех, остается возможность использовать по назначению две пары или одну пару соответственно. Разумеется, с некоторым проигрышем в точности. В этом смысле базы (пары) L и L можно считать резервными, повышающими надежность Системы в целом.
Датчик Б, встроенный в дульный тормоз 5, лучше защищен (более благоприятные условия при вероятном взаимодействии ствола 4 с грунтом, растительностью и прочими препятствиями.
Таким образом, использование изобретения позволяет расширить технико-эксплуатационные или тактико-технические возможности системы контроля местонахождения и ориентации в пространстве транспортного средства (ТС) с артиллерийской установкой, за счет увеличения базы пары датчиков, увеличения вариантов попарного сочетания датчиков и дублирования.