Совершенствование системы внутреннего целеуказания для современных и перспективных объектов бронетанкового вооружения Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

УДК 681.786+623.4.05

DOI: 10.25206/1813-8225-2019-167-119-123

В. и. Кирнос

А. В. ЗУБАрь Э. А. ГЕйнцЕ

Омский автобронетанковый инженерный институт, г. Омск

совершенствование системы внутреннего целеуказания для современных и перспективных объектов бронетанкового вооружения

В статье дан краткий анализ существующих способов внутреннего целеуказания, применяемых на существующих образцах бронетанкового вооружения. Предложен способ внутреннего целеуказания и индикации целей, основанный на математическом описании взаимосвязи между координатами изображения объекта в поле зрения прицела и его трехмерными координатами во внешней (мировой) системе координат.

Ключевые слова: целеуказание, цифровое изображение, прицел, цифровая видеокамера, бронетанковое вооружение.

Модернизация и разработка новых объектов бронетанкового вооружения (ОБТВ) неминуемо связаны с появлением новых, более совершенных, развитых, высокоавтоматизированных систем управления огнем (СУО), эффективность которых определяется в том числе и тем, сколько времени тратится на разведку, обнаружение целей и подготовку выстрелов. В свою очередь, время на данные этапы подготовки к огневому воздействию в значительной степени определяется применяемым способом целеуказания. Различают способы внутреннего и внешнего целеуказания [1—5].

Под способами внутреннего целеуказания (ВнЦУ) понимаются процессы получения, обработки и передачи информации о целях и важных объектах в системе «обнаруживший-стреляющий», когда обнаруживший и стреляющий являются членами одного экипажа. Способы внешнего целеуказания, наоборот, характеризуются тем, что информация о целях и важных объектах поступает извне, от другого ОБТВ, например, командирской бронемашины (БМ), а также системы разведки, системы управления звеном, и т.д.

В настоящее время существующими способами ВнЦУ, применяемыми на ОБТВ, являются «ориен-тирный», «полуавтоматический» и «автоматический» способы.

Сущность «ориентирного» способа заключается в определении направления на цель или важный объект командиром для наводчика относительно корпуса БМ [4 — 6]. При этом направление на цель или важный объект задаётся от хорошо заметных ориентиров на местности, по часам, а также от направления движения БМ (например, по азимутальному указателю) и т.п. Как правило для осуществления данного способа команды целеуказания передаются голосом или по радиоканалу.

Недостатками «ориентирного» способа ВЦУ являются:

— низкая пропускная способность в связи с подачей команд голосом;

— зависимость временных затрат на приём целеуказания от обученности и выучки экипажа БМ;

— необходимость после проведения ВнЦУ командиром БМ на каждую цель или важный объект осуществления их поиска, обнаружения в поле зрения прицела наводчиком и наведения вооружения.

На сегодня практически на всех отечественных ОБТВ применяется «полуавтоматический» способ ВнЦУ [7, 8]. Сущность данного способа заключается в наведении командиром БМ центральной прицельной марки (ЦПМ) своего прицела на цель и подачей сигнала на целеуказание, при этом командирская башенка (люк) стопорится на корпус танка, а на привод горизонтального наведения подаётся сигнал наведения. За окончание ВнЦУ принимается момент прекращения подачи командиром сигнала на целеуказание, или момент срабатывания датчика согласования, означающий, что башня танка развернулась в сторону цели до согласования линии визирования наводчика с направлением на цель, указанным командиром. После этого управление башней снова передаётся наводчику, а командир БМ может далее продолжать разведку поля боя.

Недостатки «полуавтоматического» способа ВнЦУ заключаются в следующем:

— в данном способе не учтён параллакс между прицелами командира и наводчика, из-за чего наводчику необходимо в ручном режиме «донаво-дить» ЦПМ своего прицела на цель в горизонтальной плоскости;

— целеуказание проводится только в горизонтальной плоскости, в вертикальной плоскости наводчик наводит ЦПМ на цель в ручном режиме;

Рис. 1. Этап 1 (захват цели командиром танка)

Рис. 2. Этап 2 (разворот башни танка в сторону цели)

Рис. 3. Этап 3 (начало автосопровождения прицелом наводчика-оператора)

Рис. 4. Этап 4 (точное наведение вооружения на указанную цель)

— при целеуказании данным способом предусмотрено стопорение командирской башенки (люка) на корпус БМ, что снижает точность целеуказания при малоскоростном маневрировании БМ, а при интенсивном маневрировании делает целеуказание вовсе невозможным.

Более совершенной версией «полуавтоматического» способа является способ, применяемый на БМД-4М. Суть реализованных технических решений при проведении ВнЦУ боевой машины заключается в том, что при проведении целеуказания от командирской панорамы на прицел наводчика башня не стопорится. Сигнал управления на приводы горизонтального наведения вырабатывается за счёт разности показаний датчиков ориентации относительно башни привода командирской панорамы и ориентации башни относительно корпуса боевой машины. Такой подход позволяет проводить более точное целеуказание при маневрировании в бою, но при этом основные недостатки «полуавтоматического» способа сохраняются.

Наиболее совершенным в настоящее время является «автоматический» способ ВнЦУ. Данный способ основывается на применении автомата сопровождения целей (АСЦ). На сегодняшний день

этот способ более известен в качестве реализация режима «охотник-стрелок» на современных ОБТВ [9]. Сущность его заключается в том (рис. 1), что после обнаружения и распознавания цели 10 командир наводит на неё ЦПМ 9 своего прицела 4 и подаёт команды на целеуказание и на захват цели в АСЦ. При этом на приводы башни 6 ОБТВ подаётся сигнал наведения, и она начинает вращаться (рис. 2) в сторону заданного командирским прицелом 4 направлении. А сам командирский прицел 4 поворачивается относительно вращающейся башни 6 под действием сигналов с АСЦ, удерживая свою ЦПМ 9 на находящейся в рамке захвата 3 цели 10 (рис. 3). По сигналу с датчика наведения, т.е. в момент согласования действующей оси канал ствола с направлением на цель 10, указанным командиром, АСЦ переключается на прицел наводчика, продолжая её автосопровождение (рис. 4). Тем самым обеспечивается точное наведение ЦПМ 8 прицела наводчика на указанную цель 10. После чего целеуказание считается завершённым, командир БМ может далее проводить разведку поля боя.

Применение АСЦ в данном способе ВнЦУ позволило нивелировать практически все имевшие ранее место недостатки, но вместе с тем:

— данный способ не может быть применён на ОБТВ, на которых не установлен АСЦ, а также при неисправном АСЦ или в случаях, когда АСЦ не может выполнять задачу по захвату цели и её автоматическому сопровождению, например, из-за её малой контрастности, ниже минимальной пороговой для надёжного её захвата;

— при поступлении командиру целеуказания в виде координат целей от другого ОБТВ, напр и-мер, командирской БМ, системы разведки, системы управления звеном, командир должен сначала осуществить визуальный поиск, обнаружение и распознавание этих целей, а только затем проводить ВнЦУ наводчику.

Таким образом основными направлениями при совершенствовании ВнЦУ ОБТВ являются:

1. Обеспечение технической возможности р еа-лизации режима «автоматического» ВнЦУ на ОБТВ, не имеющих в своём составе АСЦ.

2. Реализация режима «автоматического» ВнЦУ на ОБТВ, оснащённых АСЦ, в случаях выхода АСЦ из строя или при обнаружении целей или объектов, контраст которых (тепловой или визуальный) не позволяет их надёжно заиаатывать на автосопровождение.

3. Обеспече ние для командира ОБТВ вонмаано-сти прпоедеаия целеытназаноя по целям, поступившим по ншмплу симтемы управления боем (в виде типов и координат цтлшм ]еио внешней сисиеие ко-нвдпнат) ш овтометическом режиме без проведения командир ом БМ их визуылиного поиска, обнаруже-ннпп ]э^еоии^;-ес1]Е^с^^ия.

Ото бзнншмтью ВнЦУ яваоелся то, что, в отличи— от внешаего Аетнукааания,обнаружеиие иали кр^с^нр^^т^са командиром ОБТВ. Для передачи целеуказания ншпр ицелпаводчика нет необ^с^даваст-^ заданствааась аавигационную систему, так как порядок вычисления положения цели относительно пкинеса нссосчикв мож(^т быть реализован толока отно^и^елнт системы координат бронемашины. Саму же сксвему координат (СК) БМ в данном слу-чве можго ртстмат--иват^ кок начальную.

Таоим абнасом, для осуществления ВнЦА рна^оиу-нкй икфувмауием явмаезси:

— .-.аиные о дашмикое прицелов с текущими значениями уокусноиж уоюcтzкння объективоа плп-

целов /., и датчиков ориентации головных зеркал в горизонтальной пР и вертикальной ИО плоскостях наведения;

— данные из памяти обрабатывающей системы о внутренних параметрах камер .-ых прицелов, а именно горизонтальное и вертикальное разрешение N. и М. фотоприёмных устройств, а также горизонтальные и вертикальные размеры пикселей ЫИы и Ы^, положениях и ориентациях СК оснований .-ых прицелов относительно СК БМ, а также данные окоординатах и ориентации эквивалентной намеры в системи координнт прицела;

— данные о положении ЦПМ на изображениях 7-ыхпри цылов.

Для нрооидении ВиЦУ в а^оеать-вающе й систе-ые должиы н с3 нaтп]нoм мшсштабе соемешм храниться и выеиcвнoтcо:

цЛПИ _

трс' (,

положениш

„ шио) сан вш о

ЦПМ лии Е

'7 — ииксельные

— н^]азo]^Icc

н íн—oп ,н—п

кooидинaты (нсш]^!]]°е втшиоцн и ворвкиЕ положения ЦПМ на изабpтжeыияx ]-ьнн прицелов;

— моси—^! opнюиеоц]ып Ир и вектоpcI поло-женив Г-. зи ]н зН В]}, опртделтющве в сово-купнсстт ^восввеэ ортентацию и ооложение СК 0рН^-0:^0 ксмавы Мао прсцала относительно СК а .НС сс. МО его оснсвания [10];

о Е Е Е

в-]^ти]вь^

кЕ

Е со

с-л

У со

положения

началш(^1Л О.Н У М основания .-го прицела в СК

АшmшИшМш '-сН НУ].

ПосретОутрзужеуия цоли комау-^и^с^м БМ долж-кы быть вычислены её координата: относительно СКБМ. Паoтeтти ман-^ун операоию можнов не-скогыко эшапов. ]гOa первом этапе командир наво-дитна обн:а;р^:жззн^;^ сеша ЦO]PI cиi^^]:,o пришва, о результато пиксемв^ные коорти^ав^ы целина изорра-жении камерыприцела ктманджлн (ПК) соаоовятся равныпикнeиыптм пооь>динатам аРПМ прицела,т.е.

0'рар о ш

лаи по

Сс^

Датоес должно быть п];)OIЗfэ^^н(и мте[кпт—ие координаты ?ЖьК■ Рра^з^^аав опеpвцию можнт oc;тocc--ствить путём измерения дальности °оцелт лазе0" ным дальнимарл]y[ ПК ном иным другии спонобом, ИеализoвPмиымнa данном 0БТ10.

Примеиение вырауншнир:

Oю

Ен50ыв _ нoенЫx ьzo -н рaн-с ртлин м Bzл

\^>,^1111н1в 11ав 1н1вIе-вер пн1в '"-на сраН^ос.

и

еы в па

и

СР)

позволит вычислить ocтшошишсл лooрдz—аты нРшпв, оПи^ цели в трёхме]пеп СК комары ПК.

На штоиом зтапе ни оснвванни текущего по-лтмннио в- ориевтации СК камер в прицелах ПК и прицела наводвика (ПН) (мзтрицы ИoP] иЗР и векивры Таа, урН - у попожений паицелое ПК и ПН отноюительно системы координат БМ (векторы вв к Сооо) пе^иод от СК камерыПК к СК БМ (взктор ЦБМ), а иатем от СК БМ к СК иамиры П Н (вектор ЦKKM в соответствии с выражениями

caзи и PиPпJп_

р т(] + т"с

пав п Н по ар 'ш

Hиюи И'ш

Лc

PИипЖЛа

ти а

зН

(4)

Натретшем этапевыч исляютсяуплы наведения башни н^ п шм^жнеиия Ир0- паукос-нную цель. При этом таккакСКБМвданномслучаесчитается начальной, то

(^п 33 от-д ^м/^).

ИЛи ж оСд ЕтHм¡т»

(5)

(6)

(3)

По значениям данных углов вырабатываются сигналы управления на приводы стабилизатора вооружения, за счёт чего проводится «грубое»

с ас

)

в

121

Рис 5. интерфейс программного модуля целеуказания и индикации

наведение вооружения на указанную командиром цель.

На основании выражения

(

Ц П

П ЯМ1Х 7Ц — 1тЦ f

Мрх К ПН V Г"Г1-Г' г

ц г ^

К ПН 1ПН

Г еЦ

1Р1Х ^ К ПН

0,5М1Хрж:Цц пн

' Уц ПН^ПН

1р уЦ 1Р1Х^К ПН

(7)

вычисляются текущие пиксельные координаты пкпн, ткпн изображения цели в кадре видеосмотрового устройства прицела ПН.

В итоге по понученным значениям Сцпн, яХцпн на изоСроженяц ПН отоЦражается соохвецствую-щийтип0 целж графияжсоНй мариер и проводицся точное наведение, путёп Нырабатываиия сигаалоН на приводы стабилизатора вооружения до екшНлие-ния условия совмещения ЦПМ ПН с изображением цели, т.е. до выполняния равенства

Ц'пПН з (с

ф(сЦПж

я

,)Л з

пПН пПН

ЦПЖ )Л _ ттЦПЖ ) ~ ЦП

(8)

После че ЦПМ ПН оказывается наведённой на указанную командиром цель (объект), процесс целеуказание считается завершённым.

Для проверки реализуемости основных элементов данного способа ВнЦУ была создана экспериментальная установка, включающая цифровую видеокамеру, на корпус которой монтировался трёхстепенной микромеханический гироскоп — акселерометр, выполняющий роль датчика угла и ЭВМ с «Программным модулем целеуказания и индикации» [11].

Роль внешних объектов (целей) выполняли изображения военной техники, расположенные на плоской сцене на заданных координатах друг относительно друга. Цифровое изображение с камеры и данные с гироскопа передавались в программный модуль, в задачу которого входила обработка полученной информации на основе предлагаемого способа, и динамичная индикация положения этих объектов на выводимом на экран изображении (рис. 5).

Проведённые испытания подтвердили справедливость применённых теоретических положений и правильность полученных зависимостей, показали работоспособность и реализуемость данного способа ВнЦУ.

Таким образом, разработан способ ВнЦУ, заключающийся в том, что порядок передачи цели от командира наводчику реализуется за счёт непосредственного вычисления положения цели на изображении наводчика по данным с прицела командира и датчиковОБТВ. Данные вычисления основаны на описании текущего взаимного пространственного и углового положений оптико-электронных систем прицелов командира и наводчика в системе координат ОБТВ, в том числе и описания положения системы координат ОБТВ во внешней (мировой) системе координат. Данный способ позволит обеспечить техническую возможность реализации режима «автоматического» ВнЦУ на ОБТВ, не имеющих в своём составе АСЦ, тем самым расширив перечень ОБТВ, на которых возможна реализация данного режима. Кроме этого, реализация режима «автоматического» ВнЦУ предложенным способом на ОБТВ, оснащённых АСЦ, в случаях выхода АСЦ из строя или при обнаружении целей или объектов, контраст которых (тепловой или визуальный) не позволяет их надёжно захватывать на автосопровождение, приведёт непосредственно к повышению надёжности СУО ОБТВ в целом.

Дальнейшим направлением исследования по данной теме является разработка методики оценки точности наведения вооружения разработанным способом.

Библиографический список

1. Кирнос В. И., Зубарь А. В., Кунаев И. В. Анализ способов внешнего целеуказания для образцов бронетанкового вооружения // Наука и военная безопасность. 2018. № 4 (15). С. 38-42.

2. Голуб Г. Г., Домбровский Ю. К., Заславский Е. И. [и др.]. Экспериментальное исследование боевой работы экипажа танка, оснащенного системами дублированного управления огнем и вождением // Вестник бронетанковой техники. 1977. № 5. С. 3-1.

3. Пат. 2697047 Российская Федерация, МПК Б 41 С 3/00. Способ внешнего целеуказания с индикацией целей для образ-

с

ПН

цов бронетанкового вооружения / Зубарь А. В., Кирнос В. И., Шевченко А. А., Абдуллаев А. И., Поздеев А. Н., Тазылисла-мов Р. Р., Калашников А. Г. № 2019101696; заявл. 22.01.19.; опубл. 08.08.19, Бюл. № 22.

4. Кирнос В. И., Зубарь А. В., Кунаев И. В. Разработка способа и системы внешнего целеуказания с индикацией целей для образцов бронетанкового вооружения // Омский научный вестник. 2019. № 1 (163). С. 62-66. DOI: 10.25206/18138225-2019-163-62-66.

5. Ширман Я. Д., Лосев Ю. И., Минервин Н. Н. [и др.]. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. М.: МАКВИС, 1998. С. 81-88. ISBN 5-93152-001-5.

6. Пат. 2603750 Российская Федерация, МПК F 41 G 3/00. Способ управления огнем бронетанковой техники / Климов-ский С. И., Фадеев А. В., Кондраков А. А. № 2014141472/12; заявл. 14.10.14; опубл. 27.11.16, Бюл. № 33.

7. Танк Т-90С. Техническое описание. 188СА.ТО. Ч. 1. Омск: ОАБИИ, 2010. С. 45-56.

8. Танк Т-72Б. Техническое описание. М.: Воениздат, 2002. С. 43-58.

9. Пат. 136148 Российская Федерация, МПК F 41 G 5/06. Система управления огнем / Большаков К. Э. № 2013138388/11; заявл. 19.08.13, опубл. 27.12.13, Бюл. № 36.

10. Зубарь А. В. Оптико-электронная система определения параметров целей. Теоретические основы построения: мо-ногр. Омск: ОАБИИ, 2018. С. 138-163. ISBN 978-5-600-01959-1.

11. Зубарь А. В., Кирнос В. И., Приймак С. В., Майстрен-ко В. А. Программный модуль целеуказания и индикации: свидетельство о регистрации электронного ресурса. М.: ФИПС, 2019. № 2019661176 от 21.08.2019.

КиРнОС Василий иванович, адъюнкт кафедры «Электрооборудование и автоматика». БРНЧ-код: 7197-6164 ЛиШогГО (РИНЦ): 987381 Адрес для переписки: vasilij_87@list.ru ЗуВАРь Алексей Владимирович, кандидат технических наук, докторант кафедры «Электрооборудование и автоматика». БРНЧ-код: 3175-2192 ЛиШогГО (РИНЦ): 755300

Адрес для переписки: alexey_zubar@mail.ru ГЕйНЦЕ Эдуард Александрович, преподаватель кафедры «Ремонт бронетанковой и автомобильной техники».

БРНЧ-код: 9995-7932 ЛиШогГО (РИНЦ): 998131

Для цитирования

Кирнос В. И., Зубарь А. В., Гейнце Э. А. Совершенствование системы внутреннего целеуказания для современных и перспективных объектов бронетанкового вооружения // Омский научный вестник. 2019. № 5 (167). С. 119-123. БОН 10.25206/1813-8225-2019-167-119-123.

Статья поступила в редакцию 19.09.2019 г. © В. И. Кирнос, А. В. Зубарь, Э. А. Гейнце