Автоматизированное устройство определения границ зоны потенциального риска при натурных баллистических испытаниях

Полезная модель относится к специализированным устройствам вычислительной техники и может быть использована для автоматизированного определения границ зоны потенциального риска при натурных баллистических испытаниях.
При натурных испытаниях ракетно-космической техники могут возникать различные нештатные ситуации, в результате которых объект испытаний (ОИ) в некоторой точке траектории теряет управление, дальнейший его полет становится неуправляемым. ОИ или его элементы при этом движутся по баллистической траектории и, достигнув поверхности Земли, способны причинить ущерб. Все точки на поверхности Земли, до которых потенциально достигает падающий ОИ или его элементы при натурных испытаниях в случае возникновения нештатных ситуаций, представляют собой зону потенциального риска (ЗПР), нахождение в которой может привести к различного рода негативным последствиям.
Возникает задача определения координат границы ЗПР при известной расчетной траектории полета ОИ, которая решается в предложенном техническом решении.
Известно устройство [RU 2408899, C1, G01S 7/46, 10.01.], содержащее блок обработки сигналов, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), ключи, счетчик тактовых импульсов, счетчик видеоимпульсов, фотоэлектрический преобразователь (ФЭП), плоскопанельный дисплей, 3Д-очки с ИК-приемником на их оправе, синтезатор частот, диоды, триггер, при этом, АЦП включает последовательно соединенные усилитель видеоимпульсов и пьезодефлектор с отражателем на торце, источник положительного опорного напряжения, источник отрицательного опорного напряжения, излучатель из светодиода, щелевой диафрагмы и микрообъектива, линейку многоэлементного фотоприемника и счетчик импульсов, а ФЭП содержит два объектива, две матрицы прибора с зарядовой инжекцией и предварительные усилители.
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что оно позволяет определить координаты отдельных точечных объектов в группе, но не позволяет определить границы зоны потенциального риска (ЗПР) на поверхности Земли, нахождение в которой является опасным.
Кроме того, известно устройство определения координат точек падения баллистических объектов [RU 2265233, C1, G01S 7/46, 27.11.2008], содержащее последовательно соединенные блок сглаживания, блок преобразования сглаженных координат, блок распознавания, блок анализа класса стреляющих систем, первый выход которого через первый блок расчета функции лобового сопротивления, а второй его выход через второй блок расчета функции лобового сопротивления соединены между собой, блок экстраполяции, выход которого соединен с последовательно соединенными блоками учета кривизны Земли и выдачи информации, блок памяти, последовательно соединенные блок анализа знака вертикальной составляющей скорости, блок экстраполяции полиномом 3-ой степени, блок сравнения с порогом, а также второй блок экстраполяции, при этом, вход блока анализа знака вертикальной составляющей скорости соединен с объединенными выходами первого и второго блоков расчета функции лобового сопротивления, а первый выход блока памяти соединен с входом блока сглаживания, второй выход блока памяти соединен с входами второго блока экстраполяции и блока сравнения с порогом, первый выход которого соединен с входом блока экстраполяции, а второй его выход, объединенный со вторым выходом блока анализа знака вертикальной составляющей скорости и вторым выходом блока памяти, соединен с входом второго блока экстраполяции, выход которого соединен с входом блока выдачи информации, являющегося выходом устройства.
Недостатком устройства является его относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что хотя оно и позволяет определить координаты точек падения баллистических объектов, но не позволяет определить границы зоны потенциального риска (ЗПР) на поверхности Земли, нахождение в которой является опасным.
Это сужает арсенал технических средств для решения задач обеспечения безопасности испытаний при осуществлении пусков объектов испытаний и снижает точность определения зон потенциального риска.
i
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является автоматизированное устройство определения зоны отчуждения при стрельбах в районе испытаний [RU 191886, U1, G06F 17/10, 26.08.2019], содержащее блок сглаживания, блок преобразования сглаженных координат, блок памяти координат центра района испытаний и группа блоков памяти исходных данных по числу n разделяющихся элементов, каждый из которых содержит блок задания координат точек прицеливания i-го (i=1…n) разделяющегося элемента, блок задания большой и малой полуосей рассеяния i-го разделяющегося элемента, блок задания среднего квадратичного отклонения (СКО) i-го разделяющегося элемента, блок задания угла α большой полуоси эллипса рассеяния i-го разделяющегося элемента относительно оси абцисс, при этом блок сглаживания выполнен в виде блока определения внешних касательных к парам эллипсов рассеяния i-го и j-ого (j=1…n, j=/i) разделяющихся элементов, а блок преобразования сглаженных координат выполнен в виде блока формирования границ зоны отчуждения, формирующего границы в виде геометрического места точек касательных к парам эллипсов рассеяния i-го и j-ого разделяющихся элементов, максимально удаленных от центра района испытаний по каждому угловому направлению из него, причем выходы блоков памяти исходных данных группы соединены с входами блока определения внешних касательных к парам эллипсов рассеяния i-го и j-ого разделяющихся элементов, выходы которого соединены с первыми входами блока формирования границ зоны отчуждения, вторые входы которого соединены с выходом блока памяти координат центра района испытаний.
Недостатком устройства является его относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что хотя оно и позволяет определить зону отчуждения при стрельбах, но только для района расчетного падения объектов испытаний и не позволяет определить границы зоны потенциального риска на поверхности Земли вдоль трассы движения объектов испытаний.
Это сужает арсенал технических средств для решения задач обеспечения безопасности испытаний при осуществлении пусков объектов испытаний и снижает точность определения зон потенциального риска.
Задача, которая решается в полезной модели, заключается в разработке автоматизированного устройства для определения границ зоны потенциального риска вдоль проекции на поверхность Земли траектории (трассы) их доставки.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении точности определения границ зоны потенциального риска на поверхности Земли вдоль трассы полета объекта испытаний с целью расширения арсенала технических средств для решения задач, направленных на обеспечение безопасности испытаний объектов ракетной техники.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее блок памяти расчетной траектории полета объекта испытаний, согласно полезной модели, введены блок определения нижней и верхней границы зоны потенциального риска и блок определения координат точек падения объектов испытаний на границах секторов возможных направлений их баллистического полета, выход которого соединен с входом блока определения нижней и верхней границы зоны потенциального риска, а также блок формирования последовательности дискретных интервалов расчетной траектории, блок формирования предельной дальности при потере управления объектом испытаний и блок формирования минимального и максимального азимутов при потере управления объектом испытаний, входы которых соединены с выходом блока памяти расчетной траектории полета объекта испытаний, а выходы соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока определения координат точек падения объектов испытаний на границах секторов возможных направлений их баллистического полета.
На чертеже представлены:
на фиг. 1 - функциональная схема автоматизированного устройства определения границ зоны потенциального риска при натурных баллистических испытаниях;
на фиг. 2 - схема, поясняющая определение границ зоны потенциального риска при натурных баллистических испытаниях.
Автоматизированное устройства определения зоны потенциального риска при натурных баллистических испытаниях (фиг. 1) содержит блок 1 памяти расчетной траектории полета объекта испытаний, блок 2 определения нижней и верхней границы зоны потенциального риска и блок 3 определения координат точек падения объектов испытаний на границах секторов возможных направлений их баллистического полета, выход которого соединен с входом блока 2 определения нижней и верхней границы зоны потенциального риска.
Кроме того, устройство содержит блок 4 формирования последовательности дискретных интервалов расчетной траектории, блок 5 формирования предельной дальности при потере управления объектом испытаний и блок 6 формирования минимального и максимального азимутов при потере управления объектом испытаний, входы которых соединены с выходом блока 1 памяти расчетной траектории полета объекта испытаний, а выходы соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока 3 определения координат точек падения объектов испытаний на границах секторов возможных направлений их баллистического полета.
1
2
На схеме фиг. 2 обозначены: 7 - зона возможного падения объекта испытаний при возникновении нештатной ситуации в точке x; 8 - зона возможного падения объекта испытаний при возникновении нештатной ситуации в точке х; 9 - верхняя и нижняя граница зоны потенциального риска.
Автоматизированного устройства определения зоны потенциального риска при натурных испытаниях работает следующим образом.
При натурных испытаниях техники с запуском по баллистическим траекториям могут возникать нештатные ситуации, в результате которых объект испытаний (ОИ) теряет управление и его дальнейший полет становится неуправляемым. Формируется зона потенциального риска, каждая точка которой может являться точкой падения ОИ.
Для расчета зоны потенциального риска предполагается, что в каждой точке траектории движения ОИ определена предельная дальность баллистического (неуправляемого) полета ОИ или его элементов, а также известен сектор возможного направления баллистического неуправляемого падения ОИ при возникновении нештатной ситуации, задаваемой предельными азимутами отклонения баллистического полета от номинальной траектории движения. Задача определения границ зоны потенциального риска формулируется как задача определения для каждой точки расчетной траектории предельных отклонений по дальности в заданном секторе направлений движения ОИ. Эта граница задается минимальным и максимальным отклонением азимута движения от координаты X траектории полета для каждой точки трассы движения ОИ.
Определение границ зоны потенциального риска осуществляется по следующему алгоритму.
Предварительно вся трасса траектории полета ОИ (точки на земной поверхности, являющейся проекцией координат местоположения ОИ) разбивается на дискретные интервалы. Число таких интервалов определяется необходимой точностью расчета границ зоны потенциального риска.
maxi
mini
maxi
maxi
Предпочтительный размер интервала разбиения составляет от 100 до 1000 метров Для каждого текущего интервала трассы полета ОИ известно значение предельной дальности полета ОИ или элементов ОИ в случае возникновения нештатной ситуации в пределах данного интервала - D и сектор возможного направления неуправляемого баллистического движения ОИ или его элементов A, A. Поскольку дальность баллистического полета не зависит от азимута полета, то для текущего интервала траектории движения зона возможного падения ОИ или его элементов будет проставлять часть окружности радиуса D и расположенной в пределах, определяемых минимальным и максимальным азимутами возможного движения (фиг. 2).
Поскольку размеры зоны возможного падения ОИ определяются как величиной предельной дальности, так и азимутами возможного движения элементов ОИ, задача определения границ зоны потенциального риска в аналитическом виде не решается. Предлагается следующее решение задачи расчета границ зоны потенциального риска.
Каждому интервалу траектории полета ОИ ставится в соответствие максимальная и минимальная граница зоны потенциального риска. Начальные значения координат границ зоны потенциального риска принимаются для максимальной границы - отрицательное значение предельной дальности баллистического полета ОИ, а для минимальной положительное значение предельной дальности баллистического полета ОИ.
Для каждого интервала i по трассе движения ОИ рассчитываются координаты границы секторов возможного падения ОИ или его элементов по следующим зависимостям
где  - координата X для j-ой точки границы сектора возможного падения ОИ или его элементов для i-го интервала по трассе движения ОИ;
- координата Z для j-ой точки границы сектора возможного падения ОИ или его элементов для i-го интервала по трассе движения ОИ;
i
N - число точек на границе сектора возможного падения ОИ или его элементов для i-го интервала по трассе движения ОИ (количество точек выбирается с учетом точности представления границы зоны потенциального риска);
- координата X начала баллистического полета ОИ или его элементов для i-го интервала по трассе движения ОИ;
- координата Z начала баллистического полета ОИ или его элементов для i-го интервала по трассе движения ОИ.
После расчета границы для зоны возможного падения ОИ или его элементов для i-го интервала по трассе движения ОИ определяются границы зоны потенциального риска по трассе движения ОИ начиная с начальной точки до текущего i-го интервала. Границы зоны потенциального риска определяются как минимальные и максимальные значения границ зон возможного падения ОИ для рассматриваемого интервала трассы полета ОИ. Поскольку координаты  границы сектора возможного падения ОИ или его элементов для i-го интервала по трассе движения ОИ больше координаты  начала баллистического полета ОИ или его элементов для i-го интервала по трассе движения ОИ, то для расчета границ зоны потенциального риска предварительно определяется интервал по трассе полета соответствующий координаты  границы сектора возможного падения ОИ или его элементов
где  - целая часть числа.
Затем для каждой j-ой точки границы сектора возможного падения ОИ или его элементов для i-го интервала по трассе движения ОИ определяется значения границ (минимальной и максимальной) зоны потенциального риска
Повторяя данную процедуру для всех интервалов траектории полета ОИ  получаем искомые верхнюю  и нижнюю  границу зоны потенциального риска.
Количество N точек для представления границы зоны потенциального риска, в общем случае, может превосходить количество первоначальных интервалов разбиения трассы полета ОИ, поскольку точки падения ОИ при возникновении нештатных ситуаций могут быть расположены дальше номинальной точки падения.
Рассмотренный алгоритм реализуется в устройстве следующим образом.
В блок 1 памяти предварительно заносятся данные о расчетной траектории полета объекта испытаний.
Это позволяет в блоке 4 сформировать последовательности дискретных интервалов расчетной траектории, в блоке 5 сформировать предельные дальности при потере управления объектом испытаний, а в блоке 6 сформировать минимальные и максимальные азимуты при потере управления объектом испытаний. По этим данным в блоке 3 определяются координаты точек падения объектов испытаний на границах секторов возможных направлений их баллистического полета, а в блоке 2 - окончательно определяются нижняя и верхняя границы зоны потенциального риска.
Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям, достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей и повышении точности определения зоны потенциального риска на поверхности Земли вдоль траектории полета объекта испытаний с целью расширения арсенала технических средств для решения задач, направленных на обеспечение безопасности испытаний баллистических снарядов.