CC BY
112
ПРИКЛАДНАЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА И ПРИБОРЫ
УДК 623.4
Е.В. Герасимова, инж., (49232) 9-02-45, mail @vniisignal. ru (Россия, Ковров, ОАО «ВНИИ «Сигнал»)
МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАВОДКИ САО
Рассмотрены возможные причины снижения прицельной скорострельности САО. Разработаны методики работы измерительно-информационной системы для повышения прицельной скорострельности за счет снижения погрешности гироскопических систем.
Ключевые слова: прицельная скорострельность, гироскопическая система, цифровая коррекция.
В последнее время, исходя из взглядов на возможность отсутствия крупных международных конфликтов, участие артиллерии в межрегиональных конфликтах и контртеррористических операциях сводится к применению ограниченного количества артиллерийских подразделений, а в отдельных случаях даже одиночных орудий.
При таком подходе резко возросли требования к тактико-техническим характеристикам артиллерийских орудий. В наиболее полной форме это отразилось на их основной тактико-технической характеристики - прицельной скорострельности орудий.
Данная характеристика артиллерийского орудия зависит от ряда объективных причин и условий выполнения артиллерийскими подразделениями огневых задач, к которым следует отнести технический уровень системы управления огнем орудия (включая процедуру операции заряжания орудия), состояние внешних климатических условий (дождь, снег, туман) и внешних искусственных условий (запыленность и задымленность огневой позиции).
В общем случае, величина прицельной скорострельности зависит от продолжительности цикла заряжения и цикла восстановления наводки после выстрела. В настоящее время автоматы заряжения в отдельных артиллерийских орудиях обеспечивают техническую (принципиально возможную) скорострельность 7...8 выстр/мин с перспективой дальнейшего ее увеличения до 15.18 выстр/мин.
Применяемые в большинстве артиллерийских орудий системы наведения и восстановления наводки, базирующие на оптических методах и средствах и существующие с момента первых опытов применения метода стрельбы с закрытых огневых позиций, не могли обеспечить такие прицельные скорострельности за счет длительного цикла восстановления наводки после выстрела, когда в условиях запыленности и задымленности, возникающих в процессе выполнения огневых задач, необходимо было дополнительное время для обеспечения прямой видимости точки наводки (время рассеяния пыле-дымовой завесы), что резко (в разы) снижало прицельную скорострельность орудия. Время, затраченное на операции восстановления наводки, составляло порядка 20 сек, т.е. скорострельность не превышала 3 выстр/мин. Такая низкая скорострельность объясняется выполнением операций заряжения, горизонтирования и восстановления наводки вручную, а также необходимостью обеспечения прямой видимости точки наводки. В свою очередь, время обеспечения прямой видимости напрямую зависит от внешних условий стрельбы (уровня запыленности и за-дымленности огневой позиции, туман, дождь, снег, направление и скорость ветра и т.п.), что может снизить прицельную скорострельность до 1 выстр/мин [1].
Для максимального использования потенциальных возможностей существующих и вновь создаваемых образцов самоходной артиллерии необходимо было создать новые методы и средства управления огнем применительно к самим огневым средствам. В связи с чем задача создания современных автоматизированных систем управления наведением и огнем огневых средств на тот период (80 - 90-ые годы двадцатого столетия) являлась актуальнейшей задачей дальнейшего совершенствования артиллерийского вооружения.
Практически реальная возможность разработки автоматизированных систем управления наведением и огнем (АСУНО) самоходных артиллерийских орудий (САО) и боевых машин реактивных систем залпового огня (РСЗО), обеспечивающих решение всех задач управления, в том числе и восстановления наводки после совершения (в целях повышения живучести орудия) противоогневого маневра, появилась только после разработки Всероссийским научно-исследовательским институтом «Сигнал» системы самоориентирующейся гироскопической курсокреноуказания (ССГККУ). Применение этой системы позволило обеспечить заданную прицельную скорострельность огневых средств независимо от внешних условий (запыленность, задымленность, дождь, снег, туман и др.), а также исключить необходимость прямой видимости между машиной старшего офицера батареи и орудием (соседними орудиями). На тот период, с учетом действующей на тот период тактики применения артиллерии, АСУНО, построенная на основе данной гироскопической системы отвечала всем требованиям и на практике в реальных условиях обеспечивала прицельную скорострельность до 8 выстр/мин [1].
В дальнейшем, по мере возрастания требований к прицельной скорострельности для обеспечения кратковременных огневых налетов в условиях невозможности привлечения значительного количества огневых средств и необходимости расхода большого количества снарядов в ограниченный промежуток времени, а также с учетом возможности практической реализации технической скорострельности до 15 выстр/мин изменились и требования к точностным характеристикам, применяемые в АСУНО ССГККУ.
Основным недостатком применяемой ССГККУ является наличие динамической погрешности, особенно в нестационарных условиях, что, как следствие, приводит к погрешностям измерения углов наклона, определения курсового угла и истинного азимута, суммарным эффектом чего является недопустимая погрешность автоматического восстановления наводки орудия после выстрела (до 40 д.у.) при серии выстрелов, продолжительностью более 15 - 20 выстрелов.
Существующий на настоящий момент уровень цифровых технологий позволяет обеспечить снижение динамической погрешности ССГККУ без изменения её аппаратной части путем введения новых алгоритмов обработки измерительной информации и оригинальных методик компенсации погрешностей, что позволяет трактовать систему восстановления наводки как измерительно-информационную систему. В свою очередь, такой подход позволяет, в принципе, с использованием элементов робототехники реализовывать в перспективе роботизированное самоходное артиллерийское орудие.
Предложенные методики компенсации погрешностей гироскопических систем базируются на использовании динамических свойств гироскопических систем и на использовании микропроцессорной техники.
Исследуемая гироскопическая система (ССГККУ) построена на базе двух гироскопов - курсового и горизонтального, работающих в режимах определения и хранения истинного азимута, и в режиме горизонтирования. Вертикаль места для курсового гироскопа обеспечивается информационно-измерительной системой (рис. 1).
Главная ось (ось z) гироскопа удерживается по направлению местной вертикали системой коррекции (МД-УС-ДМ1, МД-УС-ДМ2 - цепи коррекции по осям подвеса) и системой стабилизации (ДУ1-УС-ДМ, ДУ2-УС-ДМ - цепи стабилизации по осям подвеса).
Как показали испытания ССГККУ, при длительном действии линейного ускорения или при значительных ударных воздействиях возникают повышенные ошибки по углам наклона относительно горизонта в поперечном и продольном направлениях САО. При указанных возмущениях происходит дрейф с максимальной скоростью коррекции к направлению кажущейся вертикали.
Рис. 1. Схема структурно-функциональная измерительно-информационной системы
Проблема высокой динамической погрешности может быть решена при работе ССГККУ в режиме цифровой коррекции с отключением горизонтальной коррекции от маятниковых датчиков.
При действии линейных ускорений в течение 10 секунд при крутизне коррекции 50 д.у./мин ошибка продольного и поперечного угла наклона может составить 8,3 д.у. Эта ошибка переходит в карданную погрешность курсового гироскопа.
При отключении коррекции максимальная погрешность определения углов крена и тангажа при сочетании самых неблагоприятных условий (максимальная систематическая составляющая (50 д.у./час), максимальный случайный дрейф (0,33 д.у./час), максимальное значение горизонтальной составляющей суточного вращения Земли (на экваторе) не превышает 0,83 д.у./час [2, 3]. Эта методика не требует дополнительных устройств и является наиболее низкозатратной.
В некоторых случаях при действии линейного ускорения или ударного воздействия при короткой длительности возмущающих воздействий достаточно использовать программную коррекцию при отключении горизонтальной коррекции, которая осуществляется путем вычитания в каждом цикле обмена из показаний значений ухода за цикл, учитывающего горизонтальную составляющую суточного вращения Земли и собственного дрейфа гироскопа [3]. Для использования данной методики требуется дополнительно ЭВМ и соответствующее программное обеспечение.
Метод использования программной коррекции простой, но имеет один существенный недостаток. При работе ССГККУ в режиме программной коррекции при отключении горизонтальной коррекции лишь корректируются показания датчиков внешней информации. Вследствие уходов ССГККУ средняя рама карданова подвеса будет отклоняться от плоскости горизонта, а ось внутренней рамы будет отклоняться от вертикали места. Таким образом, возникает погрешность азимутального блока ССГККУ. Кроме того, на дрейф горизонтального гироскопа будет оказывать влияние вертикальная составляющая вращения Земли.
Методика аппаратно-программной коррекции обеспечивает наиболее высокую точность устранения динамической погрешности ССГККУ. Для её осуществления требуется АЦП, ЭВМ и соответствующее программное обеспечение.
При осуществлении аппаратно-программной коррекции горизонтальная коррекция отключается и с МП в ЦАП передаются вычисленные цифровые значения ^ и пропорциональные уходам гироскопа относительно наружной и внутренней осей подвеса ССГККУ соответственно, для формирования управляющих аналоговых напряжений в цепях коррекции.
Цифровые значения ^ и ^ вычислялись в зависимости от 1-го положения оси наружной рамы подвеса ССГККУ относительно северного направления как [3]:
- и, = ™ ^ + Д"-Ди ь кх
и2 = ^ +АЦ -Ди2, к 2
где ai - i-й угол отклонения оси наружной рамы ССГККУ, совпадающей с продольной динамической осью САО, от северного направления; k и k2, AUi и AU2 - постоянные коэффициенты и поправки; An и A2i - поправки, учитывающие инструментальные погрешности ССГККУ (нелинейность зависимости момента системы коррекции от управляющего напряжения, не симметрия зависимости момента от управляющего напряжения при перемене знака напряжения, остаточный момент при отсутствии управляющего напряжения).
В настоящее время широкое распространение в России и, особенно, за рубежом получили бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС) на базе волоконно-оптических гироскопов (ВОГ), а гироскопические системы на базе динамически настраиваемых гироскопов (ДНГ) постепенно уходят на второй план.
В то же время следует отметить, что в настоящее время в Вооруженных Силах России находится большое количество АСУНО артиллерийских орудий и боевых машин РСЗО на базе ДНГ, и дальнейшая их модернизация путем замены на АСУНО на базе БИНС экономически неэффективна. Выходом из такого положения может быть модернизация АСУНО на основе реализации в ССГККУ методов снижения их динамической погрешности.
Список литературы
1. Герасимова Е.В. К вопросу автоматизации восстановления линии наведения артиллерийского орудия / Е.В. Герасимова // Оружие победы. Штрихи истории. Взгляд в будущее. Сборник научных трудов: в 2 т. Т. II. Ковров: КГТА, 2005.
2. Гироскопические системы: В 3 ч. Ч. II. Гироскопические приборы и системы: учебник для вузов / Под ред. Д.С. Пельпора. 2-е изд. М.: Высш. шк., 1988.
3. Заморский, А.В. Исследование гирогоризонта для наземных подвижных объектов в режимах цифровой коррекции и аналитического компаса / к.т.н. А. В. Заморский, Е. В. Герасимова, М. А. Зубков. Материалы VIII конференции молодых ученых «Навигация и управление движением» // РФ ЦНИИ «Электроприбор», Санкт-Петербург, 2006.
E.V. Gerasimova
SUPPORT TECHNIQUES OF AIMING RECOVERY ACCURACY OF SELF-PROPELLED CANNON
The possible reduction causes of aiming rate of fire of self-propelled cannon are considered. The operating modes of measuring and information system for increasing the aiming rate of fire at the expense of the gyroscopic systems' error diminution are developed.
Key words: aiming rate of fire, gyroscopic system, digital correction.
