CC BY
26
УДК 629.78
МЕТОДИКА ПЛАНИРОВАНИЯ СЕАНСА ИЗМЕРЕНИЙ В РАЙОНАХ БОЕВЫХ
ПОЛЕЙ
А.В. Кравченко, С.В. Потоцкий, А.В. Мухин, М.Ю. Екимова
В данной статье рассматривается методика планирования сеанса измерений в районах боевых полей, с целью достижения требуемых точностей измерения параметров траектории полета объекта испытаний. По исходным данным на проведение натурного летного эксперимента определяют количество постов видеосъемки и оптимальные места их расстановки на местности, количество видеокамер на каждом посту, основные параметры видеосъемки, места установки опорных ориентиров для каждого поста видеосъемки.
Ключевые слова: натурные испытания, летный эксперимент, видеосъемка, опорные ориентиры.
Общая постановка задачи.
Планирование сеанса измерений в районах боевых полей производится с целью получения траекторных параметров с требуемыми погрешностями. По результатам планирования сеанса измерений определяются:
- геодезические координаты мест установки элементов измерительного комплекса на местности;
- оптимальные углы поля зрения видеокамер;
- азимутальные и вертикальные углы наведения визирных осей видеокамер в пространстве [1,2].
При проведении летных испытаний высокоточных образцов средств боевого оснащения ракетных комплексов сухопутных войск необходимы траекторные измерения, обеспечивающие требуемую точность определения параметров траектории объектов испытаний и координат различных явлений. Для этого необходимы оптические средства траекторных измерений, располагаемые на боевом поле в районе точки прицеливания. При этом измерительные средства должны располагаться оптимальным образом относительно заданной траектории движения испытуемого объекта для обеспечения требуемых погрешностей определения параметров траектории [3].
Для получения траекторных измерений оптическими средствами объекты испытаний, как правило, оснащаются бортовыми светотехническими устройствами (трассерами, импульсными светотехническими устройствами и др.). Но бывают случаи, когда на объект испытаний нельзя установить бортовое светотехническое устройство по различным причинам (например: малые размеры объекта испытаний, нет места на борту, где можно установить светотехническое устройство и др.). В этих случаях для получения параметров полета объекта испытаний необходимо проводить съемку (регистрацию) самого объекта, что накладывает более жесткие требования на определение мест установки измерительных средств на местности чем при съемке со светотехническими устройствами. Поэтому в данной методике рассматривается планирование сеанса измерений комплексом ОИС-ВК в светлое время суток как наиболее общий случай
[4].
Целевая задача на планирование сеанса измерений на боевом поле формулируется следующим образом: по исходным данным на проведение натурного летного эксперимента определить количество постов видеосъемки и оптимальные места их расстановки на местности, количество видеокамер на каждом посту, основные параметры видеосъемки, места установки опорных ориентиров для каждого поста видеосъемки.
157
Решение задачи.
Основными параметрами видеосъемки являются:
- поле зрения видеокамер для каждого поста видеосъемки;
- азимут и угол места визирной оси видеокамер.
Исходными данными для (переносных постов видеосъемки) являются:
- априорная траектория полета объекта испытаний на нисходящем атмосферном участке в районе точки прицеливания;
- интервал высот, на котором должна проводиться видеосъемка полета объекта испытаний;
- требования к погрешностям определения параметров траектории объекта испытаний;
- данные о местности на боевом поле в районе точки прицеливания
Априорная траектория, интервалы высот и требования к погрешностям определения параметров траектории задаются в техническом задании на проведение измерений по данному объекту испытаний [5].
Данные о местности в районе точки прицеливания получаются по результатам рекогносцировки боевого поля или по топографической карте масштаба 1:100 000 (1:50 000).
Поле зрения видеокамер определяется по интервалам параметров траектории по горизонтали или по вертикали.
По вертикали поле зрения видеокамер определяется высотой Н, с которой необходимо проводить измерения и расстоянием Ь от точки стояния поста видеосъемки до точки прицеливания или до другой точки на местности, определяемой в соответствии с техническим заданием на проведение измерений.
По горизонтали поле зрения видеокамеры определяется также расстоянием Ь от точки стояния поста видеосъемки до точки прицеливания или до другой точки на местности, эллипсом рассеивания (круговым отклонением прихода ракеты в заданный район относительно точки прицеливания), радиусом максимального разлета боевых элементов (БЭ) при вскрытии кассетной головной части (КГЧ) и другими параметрами, задаваемыми в соответствии с задачами испытаний [5,6].
На рис. 1 представлено графическое пояснение к определению поля зрения видеокамеры при траектории подлета ракеты к цели близкой к вертикальной.
На рис. 2 представлено графическое пояснение к варианту определения поля зрения видеокамеры по горизонтали при наклонной траектории подлета ракеты к цели.
Графические пояснения на рис.1, 2 представлены в плоскости директрисы стрельбы.
Точкой Тпр обозначена точка прицеливания.
Радиус кругового отклонения ракеты от точки прицеливания равен Яко.
Точка Б - точка траектории, с которой должны измеряться параметры траектории. В исходных данных точка Б задается высотой.
Траектория полета ракеты
/
X
s
А
В
С т„
я
Рис.1. Графическое пояснение к определению поля зрения видеокамеры при траектории подлета ракеты к цели близкой к вертикальной
158
Ракета может прийти в любую точку внутри круга диаметром ВД (см. Рис. 1). В точке Б происходит вскрытие КГЧ и боевые элементы разлетаются внутри круга радиусом Яр с центром проекции точки Б на землю [6].
Таким образом, видеокамеры должны наблюдать по горизонту пространство, ограниченное линией круга диаметром Б = АЕ, определяемым по формуле:
Б = АЕ = 2 (Яко + Яр), (1)
где ЯКо - радиус круга отлета; Яр - радиус разлета БЭ.
Для случая наклонной траектории при полете ракеты к цели (см. Рис. 2) размер поля зрения по горизонту в районе точки прицеливания определяется по формуле
(2)
Б = АЕ = 2 Яко +Я
тпр,
где Ятпр - величина горизонтального полета ракеты от точки Б.
Рис. 2. Графическое пояснение к варианту определения поля зрения видеокамеры по горизонтали при наклонной траектории подлета ракеты к цели
Угол наклона траектории к горизонтальной плоскости касательной к поверхности земли в точке прицеливания задается углом С. Тогда Ятпр определяется по формуле
Ятпр = Н ■ (3)
Поле зрения по горизонту считается по формуле
(4>
Для варианта, представленного на рис. 1, Ь - расстояние от точки прицеливания до точки стояния видеокамеры.
Для варианта, представленного на рис. 2, Ь - расстояние от точки стояния видеокамеры до точки, находящейся от точки прицеливания на расстоянии Ятпр /2 по директрисе стрельбы [7,8].
Угол поля зрения по вертикали определяется по формуле:
/3 = агсЩ У
^ Ь J (5)
Если по результатам видеосъемки необходимо получить траекторию от точки Б до земли, то угол поля зрения выбирается наибольший, с учетом соотношения полей зрения по вертикали и горизонтали:
а = 4 /
3 (6) 159
При этом необходимо Ь выбирать из того условия, чтобы угол а был не более 36 градусов. Если невозможно увеличить Ь, то участок АЕ разбивается на два участка измерений, т.е. к проведению измерений по горизонту привлекаются две видеокамеры.
Если угол зрения по вертикали (р) более 27 градусов, то также необходимо увеличить расстояние Ь. Если невозможно увеличить Ь, то для измерений по вертикали необходимо развернуть видеокамеру на 90 градусов или привлечь для видеосъемки две видеокамеры на пост видеосъемки [9].
Визирная ось видеокамеры должна быть направлена на середину участка измерений полета испытываемого объекта. Для азимута визирной оси это будет точка центра окружности мерного участка в горизонтальной плоскости (точка С на рис.2, которая для варианта 1 совпадает с точкой прицеливания Тпр) [10,11].
Если по выбранному расстоянию Ь на карте (или по результатам рекогносцировки) определены прямоугольные координаты точки стояния видеокамеры, то азимут визирной оси определяется через дирекционный угол по формуле:
А = ад + усбл, (7)
где ад - дирекционный угол; усбл - угол сближения меридианов.
Дирекционный угол визирной оси /-ой видеокамеры определяется следующим образом:
- определяется угол г по формуле:
X/ Хг
г = аг^-
У - Ус (8)
- по четвертям дирекционный угол определяется по формулам: для I, IV четверти ad. = 180° + r,
для II четверти ad. = 360° + r,
для III четверти ад. = 90° - r.
Четверти, где расположены видеокамеры, приведены на рис. 3. Угол места визирной оси видеокамеры g определяется по формуле:
H
g = arct§— 2Li (10)
Рис. 3. Пример размещения постов видеосъемки на местности относительно точки прицеливания
160
В методике приведен порядок определения основных параметров видеосъемки с учетом задач испытаний. Формулы 4, 5 показывают, что требуемые параметры участков измерений по горизонтали и вертикали можно обеспечить в широком диапазоне изменения расстояний Ь от точки стояния видеокамеры до точки прицеливания, что позволяет выбрать подходящее место для установки переносного поста видеосъемки (1111В). Для этого необходимо руководствоваться следующими правилами:
а) Угол засечки визирных осей видеокамер соседних постов видеосъемки должен быть в интервале от 30 до 60° (угол выбирается в зависимости от числа постов видеосъемки и возможности размещения их на местности);
б)Должна быть обеспечена прямая видимость на участок измерений и опорные ориентиры от точки установки поста видеосъемки;
в) Должны учитываться возможности движения автомобильного транспорта от места дислокации боевых расчетов (базы) до мест установки постов видеосъемки. Места установки постов желательно выбирать вблизи грунтовых дорог (существующих или старых) [10,11].
Вышеперечисленные правила обеспечиваются путем проведения рекогносцировки местности или изучением района боевого поля в точке прицеливания по карте.
На рис. 3 приведен пример размещения постов видеосъемки на местности относительно точки прицеливания по варианту 2. Точкой С обозначен центр окружности диаметром АЕ [12].
Для варианта 1 точка С совпадает с точкой Тпр , т.е. длина линии Тпр С равна
нулю.
Точка М1 для установки ППВ1 выбирается на карте в соответствии с правилами б, в. В соответствии с правилами а, б, в выбираются точки М2 и М3 для установки ППВ2 и ППВ3. По карте определяются прямоугольные координаты точек М1, М2, М3 - соответственно Х1, у1, Х2, у2, Х3, у3.
Для варианта 1 точка С совпадает с точкой прицеливания Тпр, т.е. Хс = ХТпр ; у
с = у Тпр.
Координаты точки прицеливания задаются в техническом задании на проведение измерений и обработку информации.
В случае, когда точка прицеливания не совпадает с центром окружности участка измерений в горизонтальной плоскости (точка С), то производится пересчет координат точки прицеливания в точку С по формулам:
„ H • tgw
x = x^ — R • cos a = x^--2— cos a
с Тпр стр стр Тпр 2 стр
H • tgw
Ус = УТпр + RCTP • sin астр = У Тпр +... .....-стр
(11)
УТпр + ^тр • sin астр = УТпр + H 2gШ • sin астр , (12)
где астр - дирекционный угол стрельбы;
По прямоугольным координатам точек стояния ППВ и точки прицеливания можно определить расстояния между ними по формуле:
l=Тк^ХТчУТ—УГ, (13)
где i - номер ППВ.
По определенным значениям Li определяются поля зрений видеокамер по
формулам 4, 5.
Решаем обратную задачу
Для определения мест стояния ППВ можно решить обратную задачу - по заданному расстоянию Li и дирекционному углу визирной оси видеокамеры at определить координаты точек стояния
xi = хТпр — L • cosai (14)
У = УТпр + L • smai (15)
Для наведения визирных осей видеокамер на заданный участок измерений, а также определения параметров внешнего и внутреннего ориентирования видеокамер предназначены опорные ориентиры. Безусловно, чем больше используется опорных ориентиров для каждой видеокамеры, тем точнее будут определены параметры ориентирования. Но при этом потребуется больший объем работ по оборудованию боевого поля и геодезической привязке опорных ориентиров [12].
Ввиду того, что опорные ориентиры удобно расставлять на местности с помощью ОРБ-навигатора, отображающего информацию в режиме "своя сетка", необходимо азимуты установки оптических осей пересчитать в дирекционные углы.
Плоские координаты в проекции Гаусса для каждого опорного ориентира считаются с использованием полярных координат [13].
Полярной осью является линия, лежащая в плоскости местного горизонта, направленная из полюса под дирекционным углом оптической оси видеокамеры. Полюсом является точка стояния 1111В,.
Полярный радиус берется из исходных данных в виде оптимальной дальности Б опт до опорных ориентиров.
Полярные углы рассчитываются с учетом принципа равномерного помещения опорных ориентиров в поле зрения видеокамеры [14].
Опорные ориентиры нумеруются слева направо в поле зрения видеокамеры. Первый опорный ориентир имеет полярный угол:
<Ро
2 (16)
Полярные углы для следующих опорных ориентиров определяются по формуле:
<Рг =Фо + Y,Л0), (17)
/=1
где г = 1, 2 ... п, п - число опорных ориентиров; А^ - шаг наращивания полярного угла:
А<о = —!— (18)
п -1
Полярные углы для каждого ориентира целесообразно перевести в дирекцион-ные углы:
а=«оэ,+9, (19)
где Ой, - дирекционный угол оптической оси видеокамеры ,-го пункта видеосъемки;
ад , - дирекционный угол линии визирования с точки стояния пункта видеосъемки на /ый опорный ориентир.
По значениям полярных радиусов и дирекционным углам для каждого опорного ориентира рассчитываются плоские координаты в проекции Гаусса. Ввиду малых расстояний между опорными ориентирами и видеокамерами, Допт < 1500 м) расчеты проводятся путем решения прямой геодезической задачи упрощенным способом (без расчета длинны геодезической линии на эллипсоиде, редукции направления и расстояния на плоскость).
Хг = ХПВ, + ДОПТ ■ созаЭ г (20)
У/ = УПВ, + ДОПТ • ^п г
Применение методики планирования сеанса измерений в районах боевых полей, позволяет достигнуть требуемых точностей измерения параметров траектории полета объекта испытаний.
Список литература
1. Исследование возможности получения траекторной измерительной информации с помощью видеокамер в не оборудованных средствами ПИК позиционных районах в ходе летных испытаний образцов ВВТ (заключительный) Книга 1, Шифр «Гич-ка-2000» : Отчет о НИР В № 0300003 - Знаменск : в/ч 15644, 2000 - № 851-А.
2. Исследование путей достижения необходимых точностей траекторных измерений с помощью оптических измерительных средств на базе видеокамер при испытании образцов ВВТ / (заключительный) Шифр «Гичка-01» : Отчёт о НИР В № 00106 -Знаменск : в/ч 15644, 2001 - № 789.
3. Автоматизированный комплекс оптико-электронных траекторных измерений на базе видеокамер (ОИС-ВК) : Инженерная записка - Знаменск : в/ч 15644, 2000 -№ 749.
4. Методика оценки траекторных параметров ОБЭ с трассерами (до 15 элементов) по данным измерений - Знаменск : в/ч 15644, 1999 - № 546.
5. Методика определения координат и высоты имитатора объекта на малых высотах - Знаменск : в/ч 15644, исх. 030/016 от 06.02.98.
6. Оценка различных технологий обработки измерений кино-, видеоаппаратуры с целью получения высоты и координат объекта на малых высотах: Исследовательский отчет - Знаменск : в/ч 15644, 1997 - № 377.
7. Инициативный отчет по обработке измерений кино-, видеоаппаратуры с целью получения высоты и координат имитатора объекта на малых высотах - Знаменск : в/ч 15644, 1998 - № 519.
8. Отчет по обработке измерений кино-, видеоаппаратуры с целью определения точности получения высоты и координат объектов на малых высотах - Знаменск : в/ч 15644, 1998 - № 543.
9. Инициативный отчет о результатах применения «Специализированного программно-аппаратного комплекса видеосъёмки, обработки и анализа траекторной информации» при испытаниях изделия 9К720 - Знаменск : в/ч 15644, 2003 - № 1245.
10. Отчёт о применении видеокамер при проведении измерений в ходе лётных испытаний образцов ракетного вооружения на 4ГЦМП - Знаменск : в/ч 15644, 2004 -№ 1325.
11. Исследование погрешностей геодезической привязки точек стояния видеокамер и опорных ориентиров в процессе полигонных испытаний образцов ВВТ : отчет - Знаменск : в/ч 15644, 2009 - № 1733.
12. Исследование точностных характеристик параметров траектории объекта по результатам видеосъёмки на фоне дневных ориентиров (марок): отчет - Знаменск : в/ч 15644, 2011 - № 2033.
13. Хастингс Н., Пикок Дж. Справочник по статистическим распределениям. М.: Статистика, 1980.
14. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов. М.: Наука, 1971.
15. Руководство по определению астрономо-геодезических и гравиметрических данных по топогеодезическом обеспечении войск. Книга 1. Методы определения аст-рономо-геодезических и гравиметрических данных / Ред.-изд. отдел. М.: 1994.
Кравченко Андрей Владимирович, начальник 2 научно-испытательного управления, kravt130577@,gmail.com, Россия, Знаменск, Научно-испытательный центр,
Потоцкий Сергей Васильевич, начальник научно-испытательного центра; PototskySergey Vasilvevich@yandex. т, Россия, Знаменск, Научно-испытательный центр,
Мухин Алексей Валерьевич, заместитель начальника центра по научно-испытательной работе, lesha24460201 amail. ru, Россия, Знаменск, Научно-испытательный центр,
Екимова Мария Юрьевна, канд. техн. наук, младший научный сотрудник, mashulal 11 ayandex.ru , Россия, Знаменск, Научно-испытательный центр
MEASUREMENT SESSION PLANNING TECHNIQUE A. V.Kravchenko, S. V. Pototsky, A. V. Mykhin, M. U. Ekimova
This article discusses the technique of planning a session of measurements the areas of s combat field, with the aim of achieving the required precision of parametrectomy flight test object. According to the initial data, determin the number of videorecording growth and the optimal places of their placement on the ground, the number of cameras at each post, the main parameters of video shooting, the installation of reference points for each video shooting post.
Key words: full-scale tests, flight experiment, video, reference points.
Kravchenko Andrey Vladimirovich, head of department 2, kravt130577@gmail. com Russia, Znamensk, Scientific and test center,
Pototsky Sergey Vasilyevich, chief of the scientific and test center; PototskySergey-Vasilyevichayandex. ru, Russia, Znamensk, Scientific and test center,
Mukhin Alexey Valeryevich, deputy chief of the center for scientific and test work, le-sha24460201@mail.ru, Russia, Znamensk, Scientific and test center,
Ekimova Maria Yurevna, Candidate of Technical Sciences, junior researcher, mashula111 ayandex. ru, Russia, Znamensk, Scientific and test center
