Підвищення функціонально-тактичних можливостей оптико-електронних пристроїв системи керування вогнем ракетно-артилерійського комплексу - Автореферат

Досвід військових конфліктів в світі за останні 10 років показав, що з допомогою сучасних засобів радіоелектронної боротьби і високоточної зброї можливо повністю подавити радіолокаційну систему розвідки і наведення зброї угрупування військ протиповітряної оборони (ППО). Сучасні комплекси оптико-електронної розвідки і СКВ в неповній мірі задовольняють сучасним вимогам по дальності виявлення цілей і визначенню їх координат, а також по рівню процесів обробки і передачі отриманої розвідувальної інформації. Тому підвищення функціонально-тактичних можливостей ОЕП СКВ ракетно-артилерійських комплексів (РАК) є актуальною проблемою, яка стоїть перед військово-промисловим комплексом України. Робота виконувалась в науково-дослідному інституті «Квант» і в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» на кафедрі оптичних та оптико-електронних приладів і безпосередньо пов‘язана з: 1) тематикою науково-дослідних робіт, виконаних за участю автора в рамках договору №USE-16.1-281-D/K-05 від 30.07.2005 р. Об‘єкт дослідження - тепловізійний і телевізійний канали, які входять до складу оптико-електронних пристроїв системи керування вогнем ракетно-артилерійського комплексу.Це дозволяє покращити умови (ймовірність) виявлення цілей та прицілювання на протязі доби і отримати на дисплеї більш якісне зображення порівняно з зображенням у візуальних оптичних візирах. Це дозволить покращити умови виявлення цілей та прицілювання в будь-який час протягом доби та одержувати на телевізійному екрані дисплея більш якісне зображення порівняно з зображенням, отриманим за допомогою нічного оптичного прицілу як в пасивному, так і в активному режимах. · Можливість бачити ІЧ фару протитанкового керованого снаряду та суміщувати відмітки від фари з відміткою цілі на екрані дисплея надасть можливість вилучити похибки наведення снаряда на ціль навіть при роз‘юстуванні осі візування ТВК, яка має вузьке поле зору, з віссю візування приладу наведення снаряда, тобто його напрямок, що визначається маркою візування, розходиться з напрямком, що визначається приладом наведення снаряда. · Спрощення роботи оператора-навідника, так як оператор працює з усією зброєю за допомогою одного прицілу (системи прицілювання та керування зброєю) та з використанням простих за виконанням дій - для стрільби з гармати/кулемета потрібно тільки натиснути декілька кнопок та накласти марку прицілювання на ціль. Розроблена математична модель системи ФЦО - атмосфера - ОЕП - оператор дала можливість отримати загальне рівняння для розрахунку максимальної дальності виявлення цілі ОЕП, який працює в автоматичному режимі: , (1) де - показник ослаблення атмосфери; - відношення сигнал/шум на вході порогового пристрою, значення якого залежить від ймовірності виявлення цілі та ймовірності помилкової тревоги; - площа вхідної зіниці обєктива; - коефіцієнт пропускання обєктива; - площа чутливого елемента ПВ; - ефективна смуга пропускання підсилювача; - питома виявлювальна здатність ПВ; і - площа і спектральна яскравість цілі і фона, які знаходяться в межах миттєвого поля зору ОЕП, відповідно; - робочий спектральний діапазон роботи ОЕП.Вирішена наукова задача підвищення функціонально-тактичних можливостей оптико-електронних пристроїв системи керування вогнем зенітно ракетного артилерійського комплексу шляхом розробки рекомендацій по узгодженню параметрів компонентів телевізійного і тепловізійного каналів. Підвищення ефективності СКВ РАК досягається введенням до їх складу оптико-електронних пристроїв у вигляді телевізійного каналу, тепловізійного каналу і лазерного далекоміра. Ця дальність залежить від просторового та енергетичного розділення, які в свою чергу залежать від кутового поля зору, миттєвого поля зору і ефективної смуги пропускання ОЕП. Розроблена математична модель системи фоноцільова обстановка - атмосфера - ОЕП - оператор дала можливість отримати загальне рівняння для розрахунку максимальної дальності виявлення цілі ОЕП, який працює в автоматичному режимі. Розроблена математична модель системи ціль - ОЕП - оператор дозволила дослідити тепловізійний і телевізійний канали з метою підвищення функціонально-тактичних можливостей СКВ.

Основний зміст роботи

Вирішена наукова задача підвищення функціонально-тактичних можливостей оптико-електронних пристроїв системи керування вогнем зенітно ракетного артилерійського комплексу шляхом розробки рекомендацій по узгодженню параметрів компонентів телевізійного і тепловізійного каналів. В результаті проведених досліджень встановлено, що 1. Підвищення ефективності СКВ РАК досягається введенням до їх складу оптико-електронних пристроїв у вигляді телевізійного каналу, тепловізійного каналу і лазерного далекоміра. Основним параметром, який характеризує ОЕП, є максимальна дальність виявлення цілі при заданій ймовірності виявлення. Ця дальність залежить від просторового та енергетичного розділення, які в свою чергу залежать від кутового поля зору, миттєвого поля зору і ефективної смуги пропускання ОЕП.

2. Запропоновано нову систему прицілювання та керування зброю, до складу якої входять дві телевізійні камери і лазерний далекомір. Підвищення ефективності запропонованої СКВ досягається за рахунок введення двох телевізійних каналів з широким і вузьким полями зору, які працюють у видимій та ближній інфрачервоній областях спектру.

3. Розроблена математична модель системи фоноцільова обстановка - атмосфера - ОЕП - оператор дала можливість отримати загальне рівняння для розрахунку максимальної дальності виявлення цілі ОЕП, який працює в автоматичному режимі. Це рівняння дозволяє аналізувати і оптимізувати телевізійний і тепловійний канали при автоматичному виявленні цілі на основі критерію МДВ.

4. Розроблена математична модель системи ціль - ОЕП - оператор дозволила дослідити тепловізійний і телевізійний канали з метою підвищення функціонально-тактичних можливостей СКВ. Результати дослідження цієї моделі такі: 4.1. Отримано нові формули для розрахунку роздільної здатності об‘єктива і розміру пікселя приймача випромінювання, які дозволяють забезпечити необхідну просторову роздільну здатність ОЕП при заданому контрасті зображення.

4.2. Використання нового параметра ОЕП - геометрична шумова смуга пропускання дає можливість більш достовірно визначити просторову роздільну здатність ОЕП. Отримано нову формулу для розрахунку роздільної здатності ОЕП, яка враховує параметри об‘єктива і приймача випромінювання.

4.3. Отримано нову аналітичну формулу для визначення вихідного сигналу матричного приймача випромінювання з врахуванням його інерційності, яка дала можливість розрахувати похибку визначення кутових координат рухомої цілі.

4.4. Отримано більш досконалу формулу для розрахунку мінімальної роздільної різниці температур, яка враховує кутове збільшення системи тепловізор - оператор і реальну МПФ зорового аналізатора оператора. Встановлено, що ця формула дає відмінні результати відомих формул в області низьких і високих просторових частот.

5. Результати досліджень тепловізійного і телевізійного каналів були використані при технічній реалізації СКВ «Нан-фенг», «Леопард» і «Sarmat-2», які були розроблені при участі автора в НДІ „Квант”. Підвищення функціонально-тактичних можливостей цих систем досягається за рахунок введення до їх складу ТВК і ТПК, а також узгодження параметрів компонентів цих каналів. Наприклад, система «Нан-фенг» здатна виявити ПКР „Гарпун” на дальності 10 км, а система «Sarmat-2» - човен на дальності 7 км.

Стефанович В.Т. Концепция построения перспективного зенитного комплекса ближнего действия // Артиллерийское и стрелковое вооружение: Междунар. науч.- техн. сб. - Киев, 2005. - №2. - С. 8-12.

Демченко Л.І., Колобродов В.Г., Стефанович В.Т., Трандаш М.М. Вплив інерційності матричного приймача випромінювання тепловізора на похибку визначення координат об‘єкта // Наукові вісті “НТУУ КПІ”.- 2005. - №1. - С. 44-49.

Здобувачем досліджено вплив постійної часу приймача випромінювання на точність визначення координат цілі.

Демченко Л.І., Колобродов В.Г., Стефанович В.Т., Трандаш М.М. Вплив збільшення системи тепловізор-оператор на мінімальну роздільну різницю температур // Наукові вісті “НТУУ КПІ”.- 2005. - №6. - С. 101-105.

Здобувачем отримано формулу для розрахунку мінімальної роздільної різниці температур, яка враховує збільшення системи тепловізор - оператор.

Демченко Л.И., Колобродов В.Г., Русняк И.Н., Стефанович В.Т. Оптико-электронные системы с телевизионными автоматами сопровождения в системах обнаружения и прицеливания бронетанковой техники // Артиллерийское и стрелковое вооружение: Междунар. науч.- техн. сб. - Киев, 2005. - № 1. - С. 22-27.

Здобувачем запропоновано схему побудови телевізійної системи автоматичного супроводу цілі.

Стефанович В.Т. Система управления стрельбой перспективного зенитно-ракетного комплекса ближнего действия // Артиллерийское и стрелковое вооружение: Междунар. науч.- техн. сб. - Киев, 2005. - №3. - С. 3-7.

Демченко Л.І., Колобродов В.Г., Стефанович В.Т., Трандаш М.М. Узгодження параметрів об‘єктива і приймача випромінювання в тепловізійних і телевізійних системах // Вісник НТУУ «КПІ». Серія приладобудування. - 2005. - Вип. 29. - С. 43-48.

Здобувачем запропоновано методику узгодження розміру приймача випромінювання і аберацій об‘єктива.

Демченко Л.І., Колобродов В.Г., Стефанович В.Т., Трандаш М.М. Підвищення роздільної здатності тепловізійних і телевізійних систем // Вісник НТУУ «КПІ». Серія приладобудування. - 2006. - Вип. 31. - С. 38-43.

Здобувачем отримано формулу для розрахунку розміру приймача випромінювання і аберацій об‘єктива, яка забезпечує необхідне просторове розділення тепловізійних і телевізійних систем.

Демченко Л.І., Колобродов В.Г., Стефанович В.Т., Трандаш М.М. Мінімальна роздільна різниця температур // Наукові вісті “НТУУ КПІ”.- 2007. - №1. - С. 85-88.

Здобувачем отримано формулу для розрахунку мінімальної роздільної різниці температур, яка враховує більш досконалу модуляційну передавальну функцію ока оператора.

Стефанович В.Т. Исследование влияния турбулентной атмосферы на точностные характеристики моноимпульсных систем оптического диапазона // Вопросы кораблестроения. Серия «Радиолокация». - 1985. - Вып. 48. - С. 119-126.

Пат. 53460 Україна, МКВ 7 F 41 G 1/36, F 41 G 3/06, F 41 G 9/00. Система прицілювання та керування зброєю: Пат. 53460, Україна, МКВ F 41 G 1/36, F 41 G 3/06, F 41 G 9/00 О.І. Баранчук, Є.М. Глущенко, Л.І. Демченко, В.Д. Захарчук, Л.І. Лисиця, В.В. Марцинюк, М.І. Кравченко, В.Т. Стефанович, Г.І. Фабро (Україна) - № 2002064570; Заявл. 04.06.02; Опубл. 15.03.05, Бюл. № 3. - 16 с.

Здобувачем запропоновано використовувати в системі прицілювання дві телевізійні камери з вузьким і широким полями зору.

Пат. 63616 Україна, МПК (2006) F 41 G 1/06 (2006.01) G 01 C 3/08. Спосіб прицілювання і стрільби по цілі (варіанти) та пристрій для його здійснення: Пат. 63616 Україна, МПК (2006) F 41 G 1/06 (2006.01) G 01 C 3/08 Є.М. Глущенко, Л.І. Демченко, М.І. Краченко, В.І. Марцинюк, В.В. Положенцев, В.Т. Стефанович (Україна) - № 2003054309; Заявл. 13.05. 03; Опубл. 15.06.06, Бюл. № 6. - 14с.

Здобувачем запропоновано новий спосіб прицілювання з використанням телевізійних камер і лазерного далекоміра.

Демченко Л.І., Колобродов В.Г., Русняк І.М., Стефанович В.Т. Методи телевізійного супроводження об‘єктів // Приладобудування 2004: стан і перспективи: ІІІ науково-технічна конференція. Київ, 20-21 квітня 2004 р. - Київ, 2004. - С. 39 - 40.

Здобувачем обґрунтовано схему побудови телевізійної системи автоматичного супроводу цілі.

Демченко Л.І., Стефанович В.Т., Колобродов В.Г., Трандаш М.М. Похибка визначення координат рухомого об‘єкта за допомогою тепловізора з мікроболометричною матрицею // Приладобудування 2005: стан і перспективи: IV науково-технічна конференція. Київ, 26-27 квітня 2005 р. - Київ, 2005. - С. 55-56.

Здобувачем досліджено вплив постійної часу приймача випромінювання на похибку визначення координат цілі за допомогою тепловізора з мікроболометричною матрицею.

Марцинюк В.И., Стефанович В.Т. Метод расчета двухконтурных систем автосопровождения с оптико-электронными датчиками // Приладобудування 2006: стан і перспективи: V науково-технічна конференція. Київ, 25-26 квітня 2006 р. - Київ, 2006. - С. 54-55.

Здобувачем запропонована методика розрахунку точності телевізійної системи автоматичного супроводу цілі.

Слинько Л.А., Стефанович В.Т., Трандаш М.М. Телевизионный перископ для скрытого наблюдения // Приладобудування 2006: стан і перспективи: V науково-технічна конференція. Київ, 25-26 квітня 2006 р. - Київ, 2006. - С. 56.

Здобувачем запропонована схема побудови перископу, який використовує телевізійну камеру спостереження.