КОМПЛЕКСНАЯ ПРИЦЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
COMPLEX TARGET SYSTEM OF AIRBORNE VEHICLE

Изобретение относится к измерительным комплексам и системам летательных аппаратов (ЛА) - самолетов и вертолетов.
В наиболее близком аналоге, приведенном в книге [1] на стр.352, представлена прицельная система летательного аппарата. Прицельная система включает в себя бортовые средства обнаружения, бортовые средства сопровождения, вычислитель и блок индикации. Летчик по индикатору либо по наблюдаемой визуально цели пилотирует ЛА так, чтобы вывести его в исходное положение для атаки, при этом бортовые средства сопровождения захватывают цель. После этого начинается процесс прицеливания, заключающийся в том, что на основе информации о движении цели и ЛА вычислитель определяет суммарную поправку, которая выдается на экран блока индикации в виде прицельной марки и представляет собой расчетное значение отклонения авиационных средств поражения от направления на цель. Летчик пилотирует ЛА так, чтобы совместить прицельную марку с отметкой цели. После совмещения прицельной марки с целью задача прицеливания считается решенной, и можно осуществлять стрельбу.
Наиболее близкий аналог имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при решении задачи прицеливания не учитываются изменения скорости ветра и плотности воздуха по высоте, что может приводить к существенным погрешностям в прицеливании и, как следствие, снижению эффективности применения авиационных средств поражения, особенно при стрельбе по наземным целям.
Техническим результатом изобретения является повышение точности прицельной системы ЛА за счет учета в поправках на стрельбу нестационарности параметров атмосферы в функции высоты.
Достигается указанный технический результат тем, что комплексная прицельная система ЛА, содержащая блок средств обнаружения и сопровождения (БОС), блок индикации (БИ) и баллистический вычислитель (БВ), причем первый выход БОС подключен к третьему входу БВ, выход БВ подключен к первому входу БИ, второй выход БОС подключен ко второму входу БИ, БИ имеет визуальную связь с экипажем, осуществляющим процедуру прицеливания, дополнительно снабжена блоком предварительной обработки (БПО), блоком вычисления «средней скорости ветра» (БВСВ), блоком вычисления «средней плотности воздуха» (БВСПВ), причем выход БПО соединен с входом БВСВ, а его выход и выход БВСПВ соединены с соответствующими входами БВ.
На чертеже представлена блок-схема прицельной системы ЛА, включающая систему вычисления поправок на стрельбу авиационными средствами поражения в условиях нестационарности атмосферы, содержащей:
1 - блок предварительной обработки БПО;
2 - блок вычисления «средней скорости ветра» БВСВ;
3 - блок вычисления «средней плотности воздуха» БВСПВ;
4 - баллистический вычислитель БВ;
5 - блок средств обнаружения и сопровождения БОС;
6 - блок индикации БИ.
Информационная взаимосвязь блоков прицельной системы ЛА осуществляется по линиям информационного обмена (на чертеже обозначены тонкой сплошной линией).
Выход блока БПО 1 подключен к входу блока БВСВ 2, выход блока БВСВ 2 подключен ко второму входу блока БВ 4, выход блока БВСПВ 3 подключен к первому входу блока БВ 4, первый выход блока БОС 5 подключен к третьему входу блока БВ 4, выход блока БВ 4 подключен к первому входу БИ 6, второй выход блока БОС 5 подключен ко второму входу блока БИ 6. Блок БИ 6 имеет визуальную связь с экипажем, осуществляющим процедуру прицеливания.
Блоки БПО 1, БВСВ 2, БВСПВ 3, БВ 4 выполнены, например, в виде однопроцессорных вычислителей ([2], стр.31).
Блок БОС 5 представляет собой известные, описанные в литературе, например [1], стр.358-375, средства: оптико-локационная станция (ОЛС), тепловизионная станция с автоматическим сопровождением цели (ТВС), радиолокационная станция (РЛС), радио - или оптический дальномер. Блок БОС 5 осуществляет обнаружение цели, ее захват и определение параметров движения, а также автоматическое сопровождение. При этом определяются координаты цели относительно ЛА в виде дальности D до цели и углов ориентации линии визирования относительно осей, связанных с ЛА, которые подаются на вход БВ 4.
Блок БИ 6 представляет собой известную систему индикации и отображения информации экипажу.
В блоке БПО 1 осуществляется отбраковка аномальных измерений. Проверка результатов измерений на аномальность в процессе их получения проводится по условию нахождения измерений в допустимых пределах измерения:
где  - значение измеряемого параметра в текущем i-м высотном слое;
min
max
u, u - допустимые минимальное и максимальное значения измеряемой скорости ветра.
Дополнением к критерию (1) может служить проверка модуля разности двух соседних по высотным слоям измерений скорости ветра:
где  - максимальное значение скорости изменения измеряемой скорости ветра по высоте.
i
Результаты дискретных измерений на высотном слое h:
i
i
т.е. измерения представляют собой сумму значений неслучайного процесса u(h) и случайных ошибок измерений δu(h) с нулевым математическим ожиданием и дисперсией
,
i
где w - известные положительные постоянные (веса измерений),  - может быть неизвестно.
В блоке БПО 1 осуществляется получение математического выражения сглаживающей кривой (аналитическое выражение непрерывной функции, аппроксимирующей полученные массивы измерений).
Как правило, в качестве сглаживающих кривых используют либо алгебраические многочлены, либо ортогональные полиномы. Не останавливаясь на недостатках первых или преимуществах вторых, предлагается при построении сглаживающих функций использовать аппарат ортогональных полиномов Чебышева.
В этом случае аппроксимирующий полином имеет вид:
где r - степень аппроксимирующего полинома;
n - количество аппроксимируемых высотных слоев;
r
r
i
C и φ(h) вычисляют по следующим соотношениям ([4], стр.144-145):
i
i
В блоке БВСВ 2 производится вычисление «средней скорости ветра». Пусть в рассматриваемом рабочем диапазоне высот можно выделить n равноскоростных слоев, при этом пусть высота i-го слоя равна Δh, а скорость ветра в нем постоянна и равна u.
Понятие «средней скорости ветра» по своей физической сути полностью адекватно понятию центра масс твердых тел и механических систем. Поэтому, понимая под ним средневзвешенное по высоте значение, используем следующее выражение для его расчета:
где u(h) - скорость ветра в функции высоты;
Н - текущее значение высоты, с которой осуществляется применение авиационных средств поражения.
В качестве u(h) предлагается использовать аппроксимирующий полином в соответствии с (4).
С практической точки зрения представляется целесообразным использовать выражения для составляющих скорости «среднего ветра» в проекциях на оси одной из систем координат, связанной с Землей. Если в качестве такой системы координат выбрать географический сопровождающий трехгранник ГСТ ONHE, то выражения для составляющих , , , по аналогии с (6), будут иметь вид:
Приведенные выражения для составляющих «средней скорости ветра» (7) позволяют достаточно просто определить соответствующие составляющие в проекциях на оси связанной системы координат, которые используются при расчете баллистики и поправок на стрельбу.
В блоке БВСПВ 3 производится вычисление «средней плотности воздуха». При этом последовательность определения «средней плотности воздуха» состоит из следующих этапов:
Н
Н
1. По измеренным системой воздушных сигналов давлению р и температуре наружного воздуха Т определяется плотность воздуха на высоте (Н) полета ЛА:
где R - удельная газовая постоянная.
2. Выполняется предварительная обработка и формируется опорная выборка с проверкой на аномальность аналогично тому, как это описано для БПО 1.
3. Определяется плотность воздуха для Н=0:
где fρ(H) функция, определяющая значение плотности воздуха в зависимости от высоты.
4. Определяется значение «средней плотности воздуха»:
«Средняя плотность воздуха» (10) используется при расчете баллистики и поправок на стрельбу.
В блоке БВ 4 производится расчет баллистики и поправок на стрельбу по известным алгоритмам, описанным в литературе, например [1], стр.204-241.
цx
цy
цz
При стрельбе по наземным целям, а именно, повышение точности этого варианта применения авиационных средств поражения является основным техническим результатом предлагаемого изобретения, скорость неподвижной цели принимается равной скорости ветра, взятой с обратным знаком. Поэтому погрешность в определении скорости ветра будет погрешностью в расчете скорости цели. Если ошибки расчета составляющих скорости цели равны ΔV, ΔV, ΔV, то поправки на стрельбу будут рассчитаны с ошибками [1]:
где  - обратное значение средней скорости движения авиационного средства поражения (ракеты, снаряда) на расчетную дальность стрельбы (является расчетным баллистическим параметром). Для снижения ошибок расчета скорости цели предлагается использовать значение «средней скорости ветра».
Средневзвешенное по высоте значение плотности воздуха используется для расчета обобщенной функции сопротивления Е, которая используется при интегрировании дифференциальных уравнений движения авиационных средств поражения и рассчитывается в соответствии со следующим выражением [5, 6]:
где τ - текущее время работы двигателя неуправляемой авиационной ракеты (хранится в БВ);
θ
V - характеристическая скорость неуправляемой авиационной ракеты (хранится в БВ);
X0
C(М) - коэффициент лобового сопротивления (хранится в БВ);
М - число Маха (хранится в БВ);
ρ(у) - плотность воздуха на высоте у (предлагается использовать вычисляемое значение «средней плотности воздуха»);
0N
ρ - плотность воздуха на поверхности земли (поступает из навигационной системы);
V - модуль относительной скорости (поступает из навигационной системы);
с,  - баллистический коэффициент и его производная (хранится в БВ);
Р - сила тяги (хранится в БВ);
- текущая масса неуправляемой авиационной ракеты (хранится в БВ).
Суммарная поправка, выдается в блок БИ 6 для индикации экипажу в виде прицельной марки.
Введение в состав прицельной системы ЛА блоков БПО 1, БВСВ 2, БВСПВ 3 обеспечивает снижение погрешностей прицеливания авиационными средствами поражения. При этом устраняются отмеченные выше недостатки наиболее близкого аналога, так как задача прицеливания решается с учетом изменения скорости ветра и плотности воздуха по высоте.
На примерах технической реализации показано достижение технического результата в части расширения функциональных возможностей прицельной системы ЛА за счет учета в поправках на стрельбу нестационарности параметров атмосферы в функции высоты.
Источники информации
1. Гришутин В.Г. Лекции по авиационным прицельным системам стрельбы. - Киев.: КВВАИУ, 1980 г.
2. Преснухин Л.Н., Нестеров П.В. Цифровые вычислительные машины. - M.: Высшая школа, 1981 г.
3. Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. - M.: Машиностроение, 1991 г.
4. Жданюк Б.Ф. Основы статической обработки траекторных измерений. - M.: Сов. радио, 1978 г.
5. Саблин Ю.А., Шингирий И.П., Никифорова Л.С. Методы вычисления баллистических элементов на БЦВМ. - M.: МАИ, 1986 г.
6. Доступов Б.Г., Мубаракшин Р.В., Шингирий И.П. Теория и системы прицеливания. - М.: МАИ, 1975 г.