RU2816282C1 - Комбинированный прибор наблюдения-прицел - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть применено в системе управления огнем объектов бронетанковой техники в сложных условиях эксплуатации. Комбинированный прибор наблюдения-прицел содержит головную часть с защитными стеклами и с головным зеркалом и основную часть прибора, содержащую оптический визуальный канал с приемным каналом лазерного дальномера, тепловизионный и телевизионный каналы, канал регистрации выхода снарядов из ствола, канал управления дистанционным подрывом снарядов, излучающий канал лазерного дальномера, двухкоординатный акустооптический сканатор, блок синтезатора частот, трехплоскостной инерциальный модуль, блок коммутации и блок управления и электронной стабилизации изображения. Комбинированный прибор наблюдения-прицел позволяет обеспечить повышение достоверности первого измерения дальности лазерным дальномером, обеспечить дополнительную независимую двухплоскостную стабилизацию канала излучателя лазерного дальномера с сохранением максимальных углов наведения оружия до +70°. 2 ил., 2 табл.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве прибора наблюдения-прицела в системе управления огнем бронетанковой техники, днем и ночью, по наземным и воздушным объектам в самых разнообразных условиях эксплуатации.

Известен электромеханический двухплоскостной стабилизатор вооружения 2Э36-1 (Боевая машина пехоты БМП-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Часть 1. Москва, Военное издательство МО СССР, Главное бронетанковое управление, 1987 г.), содержащий гиротахометры, вырабатывающие сигналы, пропорциональные угловым отклонениям вооружения и визирной оси прицела, механически связанной с оружием (зависимая стабилизация прицела), по вертикальному (ВН) и горизонтальному (ГН) направлениям из-за отклонений башни и корпуса при движении машины, блоки усиления и управления и электродвигатели приводов по ВН и ГН, которые поворачивают блок вооружения и прицел в сторону, противоположную отклонению башни и корпуса машины, удерживая его в направлении на цель с точностью до величины ошибки стабилизации.

Срединная ошибка стабилизации пушки, спаренного с ней пулемета и механически связанной с ними головной части прицела (зависимая стабилизация прицела) при движении машины со скоростью 25-35 км/ч составляет 1 т.д в вертикальной плоскости и 1 т.д. в горизонтальной плоскости. Ошибка зависимой стабилизации в 3,6 угловых минуты (1 т.д.) является приемлемой при наблюдении через каналы с увеличениями, близкими к крат.

Недостатками этого устройства являются уменьшение точности стабилизации на углах возвышения вооружения, превышающих +35°, а также снижение комфортности зрительного восприятия изображения при наблюдении через оптические и оптико-электронные каналы с большими увеличениями - более 5÷6 крат.

Известен комбинированный прибор наблюдения-прицел со встроенным импульсным лазерным дальномером (патент RU 2698545, опубл. 03.04.2019), содержащий головную часть и основную часть прибора, содержащую оптический визуальный канал с двумя увеличениями, оптико-электронный тепловизионный канал, а также каналы лазерного дальномера.

Головная часть содержит защитные стекла, призму-куб оптического визуального канала и зеркало тепловизионного канала. Призма-куб и зеркало установлены на общей оси качания для вертикального наведения.

Оптический визуальный канал дополнительно содержит согласующую оптическую систему с фотоприемным устройством дальномера. Переключение кратности в оптическом канале осуществляется механической подвижкой двух компонентов оборачивающей системы в два фиксированных положения. Тепловизионный канал содержит тепловизионный объектив, неохлаждаемое тепловизионное фотоприемное устройство спектрального диапазона 8÷14 мкм, микродисплей и окуляр. Оптическая ось тепловизионного канала расположена под наклоном относительно вертикальной оси, параллельно которой расположены оптические оси визуального и дальномерного каналов. Передающий канал лазерного дальномера выполнен отдельно и его излучение выводится через призму-куб оптического визуального канала.

Зависимая двухплоскостная стабилизация оптико-электронных каналов обеспечивается за счет механической связи призмы-куба оптического визуального канала и зеркала тепловизионного канала, установленных на общей оси качания, со стабилизатором основного вооружения: по ВН - через рычаг механической связи, по ГН - за счет жесткой установки прибора в башне и стабилизации башни тем же стабилизатором.

Независимая стабилизация оптических и оптико-электронных каналов комбинированного прибора наблюдения-прицела обеспечивается в вертикальной плоскости при помощи электромеханического блока, размещенного в головной части (А.В. Медведев, А.В. Гринкевич, С.Н. Князева. Практика конструктора приборов ночного видения. Часть 6. ОАО «Ростовский оптико-механический завод», 2017 г., 800 с.: стр. 608, рис. 5.2.3.1-5.2.3.8). Электромеханический блок включает в себя вращающуюся призменно-зеркальную систему входной оптики, узлы обеспечения работы приборного стабилизатора (двигатель, датчик угла, гироскоп), термокомпенсатор и устройство отключения подвижного оптического блока от задающего рычага механической связи со стабилизатором основного вооружения.

Такой вариант прибора наблюдения-прицела со встроенным лазерным дальномером обеспечивает вертикальные углы наведения всех каналов от минус 10 до плюс 70° за счет наклона оптической оси тепловизионного канала и соответствующего разворота головного зеркала относительно призмы-куба оптического канала, обеспечивает электромеханическую двухплоскостную зависимую стабилизацию и независимую стабилизацию оптических и оптико-электронных каналов в вертикальной плоскости.

Недостатками этого устройства являются сложность исполнения оптического визуального канала с механическим переключением однократного режима на многократный за счет механической подвижки двух компонентов оборачивающей системы. Передающий канал лазерного дальномера использует для вывода лазерного излучения призму-куб оптического канала, что нежелательно для визуального режима работы. Элементы независимого электромеханического стабилизатора встроены в головную часть прибора, что увеличивает ее габаритные размеры и повышает вероятность ее повреждения при эксплуатации. Отсутствуют элементы управления дистанционным подрывом. Отсутствует независимая стабилизация изображения в горизонтальной плоскости.

Наиболее близким по технической сущности является комбинированный прибор наблюдения-прицел (патент RU 2790221, опубл. 15.02.2023), содержащий головную часть и основную часть прибора, содержащую оптический визуальный канал малого увеличения (1÷2 крат) с приемным каналом лазерного дальномера, оптико-электронные каналы - тепловизионный канал, телевизионный канал, канал излучателя лазерного дальномера, канал регистрации выхода снарядов из ствола, канал управления дистанционным подрывом снарядов, а также трехплоскостной инерциальный модуль, блок коммутации и блок электронной стабилизации изображения.

Головная часть содержит защитные стекла и оптический блок, состоящий из призмы-ромба и головного зеркала, установленных на оси качания, которая кинематически связана с электромеханическим стабилизатором блока вооружения объекта применения.

Оптический визуальный канал с приемным каналом лазерного дальномера расположен под призмой-ромбом головной части. Под головным зеркалом расположены оптико-электронные каналы основной части прибора, оптические оси которых расположены параллельно друг другу и имеют наклон относительно вертикальной оси оптического визуального канала. Трехплоскостной инерциальный модуль, блок коммутации и блок электронной стабилизации изображения расположены в основной части прибора.

В комбинированном приборе наблюдения-прицеле обеспечивается зависимая двухплоскостная электромеханическая стабилизация оптического блока головной части прицела, а дополнительное повышение точности стабилизации изображения тепловизионного и телевизионного каналов большого увеличения обеспечивается их независимой цифровой стабилизацией по сигналам от трехплоскостного инерциального модуля с управлением тепловизионным и телевизионным изображениями от блоков коммутации и электронной стабилизации изображения.

Недостатками этого устройства являются невозможность достоверного измерения дальности первым измерением при применении канала излучателя лазерного дальномера, угловая расходимость которого меньше ошибки зависимой двухплоскостной электромеханической стабилизации головного зеркала, а также отсутствие дополнительной независимой двухплоскостной стабилизации канала излучателя лазерного дальномера.

Задачей настоящего изобретения является повышение достоверности первого измерения дальности лазерным дальномером при применении канала излучателя лазерного дальномера, угловая расходимость которого меньше ошибки зависимой двухплоскостной электромеханической стабилизации головного зеркала, обеспечение дополнительной независимой двухплоскостной стабилизации канала излучателя лазерного дальномера с сохранением максимальных углов наведения оружия до +70°.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что комбинированный прибор наблюдения-прицел, содержащий головную часть с защитными стеклами и с оптическим блоком, содержащим призму-ромб и головное зеркало, установленным на оси качания и кинематически связанным с электромеханическим стабилизатором блока вооружения объекта применения, и основную часть прибора, содержащую оптический визуальный канал малого увеличения с приемным каналом лазерного дальномера, микродисплей с окуляром, тепловизионный и телевизионный каналы большого увеличения, канал регистрации выхода снарядов из ствола и канал управления дистанционным подрывом снарядов, выходные оптические оси которых параллельны и установлены под наклоном к вертикальной оси оптического визуального канала, а также излучающий канал лазерного дальномера, трехплоскостной инерциальный модуль и блок коммутации, в отличие от известного, содержит двухкоординатный акустооптический сканатор, установленный после телескопической оптической системы дальномера, блок синтезатора частот и блок управления и стабилизации изображения, причем акустооптический сканатор на средней частоте управляющих сигналов ориентирует выходящий из него выходной луч излучающего канала лазерного дальномера параллельно оптическим осям тепловизионного и телевизионного каналов, при этом выполняются следующие соотношения:

где: ΔАС_ВН,ГН - диапазон отрабатываемых акустооптическим сканатором углов сканирования соответственно по ВН и ГН;

Δα_ВН,ГН - срединная ошибка зависимой стабилизации от блока вооружения электромеханическим стабилизатором объекта применения по ВН и ГН;

с) δАС_ВН,ГН - разрешение при отработке задаваемых углов сканирования выходного луча акустооптическим сканатором соответственно по ВН и ГН.

Акустооптический сканатор обеспечивает дополнительную независимую двухплоскостную стабилизацию канала излучателя лазерного дальномера, чем повышает достоверность первого измерения дальности лазерным дальномером при применении канала излучателя лазерного дальномера, угловая расходимость которого меньше ошибки зависимой двухплоскостной электромеханической стабилизации головного зеркала, а параллельность выходного луча излучающего канала лазерного дальномера и оптических осей тепловизионного и телевизионного каналов на средней частоте управляющих сигналов акустооптического сканатора обеспечивает сохранение максимальных углов наведения оружия до +70°.

Схема комбинированного прибора наблюдения-прицела показана на фигурах 1 и 2.

Комбинированный прибор наблюдения-прицел содержит головную часть с двумя защитными стеклами 1 и 2, с призмой-кубом 3 оптического визуального канала и с зеркалом 4, и основную часть, содержащую оптический визуальный канал «I», тепловизионный канал «II», телевизионный канал большого увеличения «III», канал управления дистанционным подрывом снарядов «IV», канал регистрации выхода снарядов из ствола «V» и излучающий канал лазерного дальномера «VI».

Оптический визуальный канал «I» содержит согласующую оптическую систему с фотоприемным устройством дальномера 5.

Излучающий канал лазерного дальномера «VI» содержит лазерный излучатель 7, телескопическую оптическую систему 8, акустооптический сканатор 9 со встроенными в него двумя акустооптическими дефлекторами 10, и блок 11 синтезатора частот с встроенными в него усилителями управляющих сигналов. В основной части комбинированного прибора наблюдения-прицела также содержатся микродисплей с окуляром «IX», трехплоскостной инерциальный модуль 6, блок коммутации 13 и блок управления и электронной стабилизации изображения 14.

Ось вращения «VII» призмы-ромба и головного зеркала в головной части прибора имеет кинематическую связь с электромеханическим стабилизатором 12 блока вооружения объекта применения по ВН, корпус комбинированного прибора наблюдения-прицела «VIII» имеет жесткую связь с электромеханическим стабилизатором 12 блока вооружения объекта применения по ГН.

Принцип действия комбинированного прибора наблюдения-прицела заключается в следующем. Оптический блок с призмой-ромбом 3 и отражающим зеркалом 4 установлен на оси качания и кинематически связан с электромеханическим стабилизатором 12 блока вооружения объекта применения, чем обеспечивается зависимая двухплоскостная стабилизация оптико-электронных каналов «I», «II», «III», «IV», «V» и «VI» электромеханическим стабилизатором 12 основного вооружения: по ВН -через кинематическую связь с осью «VII» оптического блока, по ГН - за счет жесткой установки корпуса «VIII» комбинированного прибора наблюдения-прицела в башне и стабилизации башни тем же электромеханическим стабилизатором 12.

Под призмой-ромбом 3 головной части комбинированного прибора наблюдения-прицела вертикально расположен оптический визуальный канал «I», который содержит фотоприемное устройство дальномера 5.

Под отражающим зеркалом 4 расположены тепловизионный «II» и телевизионный «III» каналы, канал управления дистанционным подрывом снарядов «IV», формирующий поле лазерного излучения с угловой расходимостью ~ 3°, канал регистрации выхода снарядов из ствола «V», угловое поле зрения которого составляет величину - 3°, и излучающий канал лазерного дальномера «VI». Оптические оси каналов «II», «III», «IV», «V» и «VI» параллельны друг другу и имеют наклон относительно вертикальной оси оптического визуального канала «I», чем обеспечивается работоспособность каналов на максимальных углах наведения до +70°.

При движении объекта (типа БМП, БМД, БТР) по пересеченной местности возникают вибрации в месте установки комбинированного прибора наблюдения-прицела, вызывая «смазывание» и «дребезжание» изображения, при этом срединная ошибка зависимой стабилизации основного вооружения стабилизатором типа 2Э36 составляет 1 т.д. (3,6') в вертикальной плоскости и в горизонтальной плоскости (Кудрявцев A.M. Электрооборудование бронетанковой техники. Электрооборудование боевых машин. Стабилизаторы вооружения 2Э36: устройство и обслуживание: учеб. пособие / А.М. Кудрявцев, О.Е. Уласевич, В.Н. Жеглов, В.Ю. Гумелев. - Рязань: РВВДКУ (ВИ), 2013. - 144 с.).

Ошибка стабилизации изображения в 3,6' (1 т.д.) сопоставима с угловой разрешающей способностью глаза (1-3)' и является приемлемой при наблюдении через оптический визуальный канал «I» с увеличением 1÷2 крат, когда малая вибрация не замечается оператором.

Повышение точности стабилизации изображения при наблюдении через оптико-электронные каналы «II» и «III», имеющие увеличение более 5÷8 крат, достигается реализацией независимой трехплоскостной цифровой стабилизации изображения тепловизионного «II» и телевизионного «III» каналов большого увеличения с применением инерциального модуля 6 типа МГ-10, блока коммутации 13 и блока управления и электронной стабилизации 14.

Каналы «IV» и «V» не являются наблюдательными и не требуют дополнительной стабилизации пучков излучения, так как их угловые поля величиной в ~ 3° (180') значительно превосходят ошибку зависимой стабилизации головного зеркала 4 оптического блока электромеханическим двухплоскостным стабилизатором 12, величина которой составляет ~ 3,6'.

Приемный канал лазерного дальномера 5 также не является наблюдательным и не требует дополнительной стабилизации отраженного лазерного пучка, так как угловое поле зрения фотоприемного устройства дальномера 5 канала «I» составляет величину более 10', что значительно превышает ошибку величиной 3,6' от зависимой стабилизации призмы-ромба 3 оптического блока.

Выходной луч излучающего канала «VI» лазерного дальномера формируется излучающим модулем 7 типа БЛМТ-1Т и телескопической оптической системой 8, которая обеспечивает угловую расходимость выходного лазерного луча излучающего канала «VI», равную ~ 2' (0,6 мрад), необходимую для измерений на требуемой дальности до объекта. Однако, ошибка зависимой стабилизации 3,6' (1 т.д.) электромеханическим двухплоскостным стабилизатором 12 превышает угловую расходимость для выходного луча излучающего канала «VI» лазерного дальномера величиной ~ 2' (0,6 мрад), что не позволяет осуществить достоверное измерение дальности из-за смещения пятна излучения с объекта.

Например, при наведении прицельной марки, формируемой на микродисплее «IX», на объект, находящийся на удалении 5 км, ошибка зависимой стабилизации в 3,6' (1 т.д.) создает смещение оптической оси выходного пучка «VI» лазерного дальномера, отраженного от зеркала 4, равное ~5 м. Диаметр пятна выходного пучка лазерного дальномера на удалении 5 км составит -2,9 м за счет угловой расходимости ~2' (0,6 мрад).

При таких условиях первое же измерение дальности до объектов с размерами 2÷2,5 м может быть недостоверным или же невозможным, что потребует многократных повторных измерений.

Повышение достоверности первого измерения дальности обеспечивается дополнительной независимой двухплоскостной стабилизацией выходного луча излучающего канала «VI» лазерного дальномера с применением двухкоординатного акустооптического сканатора 9 с встроенными в него двумя акустооптическими дефлекторами 10, блока 11 синтезатора частот с встроенными в него усилителями управляющих сигналов, блока коммутации 13 и блока управления и электронной стабилизации изображения 14.

Параметры варианта акустооптического сканатора типа АС2-09 производства предприятия «MosLaserLab», приведены в таблице 1 (электронный ресурс: http://moslaserlab.narod.ru).

В акустооптический сканатор 9 типа АС2-09 встроены два акустооптических дефлектора 10 типа АОД-80М (электронный ресурс: http://moslaserlab.narod.ru), ориентированные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, которые осуществляют сканирование выходного луча излучающего канала «VI» лазерного дальномера путем изменения во времени управляющих высокочастотных сигналов, поступающих на акустооптические дефлекторы 10 от блока 11 синтезатора частот с встроенными в него усилителями управляющих сигналов, что вызывает отклонение выходного лазерного луча в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно.

Параметры варианта акустооптического дефлектора 10 типа АС2-09 производства предприятия «MosLaserLab», приведены в таблице 2 (электронный ресурс: http://moslaserlab.narod.ru).

Блок управления и электронной стабилизации изображения 14 по инерциальным данным от модуля 6 управляет блоком 11 с синтезатором частот и встроенными в него усилителями управляющих сигналов. Синтезатор частот преобразует цифровой код, определяющий местоположение лазерного пучка в секторе сканирования, в аналоговый синусоидальный сигнал в диапазоне 64÷96 МГц, а с помощью встроенных усилителей ВЧ синусоидальный сигнал увеличивается до требуемого уровня управления и подается на два акустооптических дефлектора 10 типа АОД-80М.

Акустооптический сканатор 9 на средней частоте управляющих сигналов ориентирует выходящий из него выходной луч излучающего канала «VI» лазерного дальномера параллельно оптическим осям тепловизионного «II» и телевизионного «III» каналов, чем обеспечивается сохранение максимальных углов наведения оружия до +70°, при этом выполняются следующие соотношения:

где: ΔAC_BH,ГН - диапазон отрабатываемых акустооптическим сканатором 9 углов сканирования соответственно по ВН и ГН;

Δα_BH,ГН - срединная ошибка зависимой стабилизации от блока вооружения электромеханическим стабилизатором 12 объекта применения по ВН и ГН;

δАС_ВН,ГН - разрешение при отработке задаваемых углов сканирования выходного луча акустооптическим сканатором 9 соответственно по ВН и ГН.

Выполнение этих соотношений позволяет компенсировать недостоверность первого измерения дальности дальномерным каналом, возникающую из-за того, что ошибка зависимой стабилизации электромеханическим двухплоскостным стабилизатором 12 превышает угловую расходимость выходного луча излучающего канала «VI» лазерного дальномера. Трехплоскостной инерциальный модуль 6 осуществляет выдачу инерциальных данных и установлен жестко в корпусе комбинированного прибора наблюдения-прицела.

Блок коммутации 13 осуществляет коммутацию инерциальных данных модуля 6 с блоком 11 с синтезатором частот и встроенными в него усилителями управляющих сигналов, а акустооптический сканатор 9 осуществляет независимую стабилизацию выходного луча излучающего канала « VI» лазерного дальномера.

Диапазон отрабатываемых акустооптическим сканатором 8 углов сканирования составляет ±1,5°, а погрешность отработки задаваемых углов сканирования определяется как отношение углового диапазона 3° (из. табл. 1) к разрешению 450 точек (из табл. 2) и составляет 24'' или 0,4' (3⋅60/450), что соответствует приведенным соотношениям и позволяет компенсировать ошибку зависимой стабилизации величиной 3,6'. Погрешность независимой стабилизации выходного луча излучающего канала «VI» лазерного дальномера величиной 24'' (0,4') на дистанции 5 км создает смещение оптической оси выходного пучка лазерного дальномера (прошедшего через акустооптический сканатор 9), равное ~0,58 м при диаметре пятна выходного пучка лазерного дальномера ~2,9 м. При таких условиях дальность до объекта будет определена первым же измерением.

Таким образом, акустооптический сканатор обеспечивает дополнительную независимую двухплоскостную стабилизацию канала излучателя лазерного дальномера «VI», что повышает достоверность первого измерения дальности лазерным дальномером при применении канала излучателя лазерного дальномера, угловая расходимость которого меньше ошибки зависимой двухплоскостной электромеханической стабилизации головного зеркала 4, а параллельность выходного луча излучающего канала лазерного дальномера «VI» и оптических осей тепловизионного «II» и телевизионного «III» каналов на средней частоте управляющих сигналов акустооптического сканатора 9 обеспечивает сохранение максимальных углов наведения оружия до +70°.

Claims (5)

1. Комбинированный прибор наблюдения-прицел, содержащий головную часть с защитными стеклами и с оптическим блоком, содержащим призму-ромб и головное зеркало, установленным на оси качания и кинематически связанным с электромеханическим стабилизатором блока вооружения объекта применения, и основную часть прибора, содержащую оптический визуальный канал малого увеличения с приемным каналом лазерного дальномера, микродисплей с окуляром, тепловизионный и телевизионный каналы большого увеличения, канал регистрации выхода снарядов из ствола и канал управления дистанционным подрывом снарядов, выходные оптические оси которых параллельны и установлены под наклоном к вертикальной оси оптического визуального канала, а также излучающий канал лазерного дальномера, трехплоскостной инерциальный модуль и блок коммутации, отличающийся тем, что он содержит двухкоординатный акустооптический сканатор, установленный после телескопической оптической системы дальномера, блок синтезатора частот и блок управления и стабилизации изображения, причем акустооптический сканатор на средней частоте управляющих сигналов ориентирует выходящий из него выходной луч излучающего канала лазерного дальномера параллельно оптическим осям тепловизионного и телевизионного каналов, при этом выполняются следующие соотношения:
3. где: ΔАС_ВН,ГН - диапазон отрабатываемых акустооптическим сканатором углов сканирования соответственно по ВН и ГН;
4. Δα_ВН,ГН - срединная ошибка зависимой стабилизации от блока вооружения электромеханическим стабилизатором объекта применения по ВН и ГН;
5. δАС_ВН,ГН - разрешение при отработке задаваемых углов сканирования выходного луча акустооптическим сканатором соответственно по ВН и ГН.

Images