RU2293942C2 - Guidance system of guided ammunition by laser radiation reflected from object to be hit - Google Patents

Abstract

FIELD: direction finding optoelectronic devices, applicable in guidance devices of guided ammunition by laser radiation in military equipment.

SUBSTANCE: the guidance system uses a panoramic lens, which represents a set of fiber-optic bundles of multichannel light-emitting diodes of the anamorphote of focon type, matrix photodetector on instrument with a charge coupling, and an information processing device. The accuracy of direction finding is enhanced with the increase of the quantity of fiber-optic bundles in the panoramic lens, which allows to expand the range of angular displacements of the guided ammunition relative to the "launcher-target" axis in the initial flight leg and enhance the accuracy of guidance to the target in the terminal guidance leg.

EFFECT: provided a panoramic observation pattern and enhanced accuracy of determination of the direction to the laser radiation source (lighting object).

6 dwg

Description

Изобретение относится к области оптико-электронных устройств пеленгации и может быть использовано в устройствах наведения управляемых боеприпасов по лазерному излучению в военной технике.The invention relates to the field of optoelectronic direction finding devices and can be used in guided ammunition guidance devices for laser radiation in military equipment.

Полуавтоматические системы наведения с полуактивной ГСН являются в настоящее время основным типом систем наведения высокоточных боеприпасов. Принцип их работы: цель (бронированный объект) 4 подсвечивается лазерным излучателем 1 (например, ЛДЦУ типа 1Д15, 1Д22 и др.), установленном на носителе 2 (например, ПРД), а управляемый боеприпас 3 (например, типа «Краснополь», «Китолов» и др.) движется по траектории (стартовый участок - а, маршевый участок - б, участок наведения на цель - в) и наводится по отраженному от цели 4 лазерному излучению (фиг.1) [1-9].Semi-automatic guidance systems with semi-active seekers are currently the main type of guidance systems for precision-guided munitions. The principle of their work: the target (armored object) 4 is highlighted by a laser emitter 1 (for example, LDCU type 1D15, 1D22, etc.) mounted on the carrier 2 (for example, airborne transmission), and guided ammunition 3 (for example, such as "Krasnopol", " Kitolov ”and others) moves along the trajectory (the starting section - a, the marching section - b, the guidance section on the target - c) and is guided by the laser radiation reflected from the target 4 (Fig. 1) [1-9].

На фиг.2 приведена структурная схема такого современного управляемого боеприпаса 3. На фиг.2 обозначено: 5 - объектив; 6 - приемное устройство; 7 - фотоприемник; 8 - электронный блок; 9 - исполнительное устройство (рули); 3 - объект управления (собственно управляемый боеприпас). Объектив 5 головки самонаведения боеприпаса имеет диаграмму направленности, ограниченную величиной единиц градусов.Figure 2 shows the structural diagram of such a modern guided munition 3. Figure 2 indicates: 5 - lens; 6 - receiving device; 7 - photodetector; 8 - electronic unit; 9 - actuator (rudders); 3 - control object (actually controlled ammunition). The lens 5 of the homing ammunition has a radiation pattern limited to units of degrees.

Для пространственной селекции целей в системе самонаведения управляемых боеприпасах применяется при сканировании поля зрения один или несколько приемных датчиков. В перспективных головках самонаведения (ГСН) используются мозаичные датчики, в том числе и на приборах с зарядовой связью - ПЗС [2]. Матрицы ПЗС широко используются в системах разведки и в управляемых боеприпасах армии США, разработанных на основе "Системы общих модулей" (Commen Modules-CM).For spatial selection of targets in the homing system of guided munitions, one or more receiving sensors are used when scanning the field of view. In promising homing heads (GOS) mosaic sensors are used, including those on charge-coupled devices - CCDs [2]. CCD matrices are widely used in reconnaissance systems and in the US Army’s guided munitions developed on the basis of the Commen Modules-CM.

Использование ПЗС позволяет решать задачи пространственной и временной селекции. Плоская матрица способна регистрировать перемещение объекта в двух плоскостях - «вправо-влево» и «вверх-вниз». Однако большие эволюции боеприпаса на траектории, особенно на начальных участках (стартовый участок - а,) и колебания продольной оси боеприпаса, при достаточно узкой диаграмме направленности ГСН, могут привести к потере сигнала, отраженного от объекта поражения (фиг.1). Поэтому возникает задача расширения пеленгационной характеристики диаграммы направленности ГСН управляемого боеприпаса.Using CCD allows solving spatial and temporal selection problems. A flat matrix is capable of detecting the movement of an object in two planes - “right-left” and “up-down”. However, the large evolution of the ammunition along the trajectory, especially in the initial sections (the starting section - a,) and the oscillations of the longitudinal axis of the ammunition, with a fairly narrow radiation pattern of the GOS, can lead to the loss of the signal reflected from the target (Fig. 1). Therefore, the problem arises of expanding the direction-finding characteristics of the directional pattern of the GOS of guided munitions.

Целью изобретения является преобразование узкой диаграммы направленности приемного устройства системы наведения управляемого боеприпаса в панорамную и повышение точности определения направления на источник подсветки.The aim of the invention is the conversion of a narrow radiation pattern of the receiving device of the guidance system of guided munitions into panoramic and improving the accuracy of determining the direction to the backlight.

Эта цель достигается с помощью использования в приемной системе управляемого боеприпаса панорамной линзы 10, представляющей собой набор волоконно-оптических элементов 11 из многоканальных световодов типа анамафорт или фокон, матричного фотоприемника типа ПЗС 12 и устройства обработки информации 13 (фиг.3).This goal is achieved by using a panoramic lens 10 in the guided munition receiving system, which is a set of fiber-optic elements 11 from multichannel optical fibers such as anamort or focon, an array photodetector like CCD 12 and information processing device 13 (Fig. 3).

Волоконно-оптические элементы (ВОЭ) 11 линзы 10 позволяют:Fiber optic elements (VOE) 11 lenses 10 allow:

- провести преобразование плоской картины наблюдения в панорамную;- Convert a flat observation picture into a panoramic one;

- более точно определить направление на источник лазерного излучения.- more accurately determine the direction to the source of laser radiation.

Многоканальный (дифференциальный) световод типа анамофорт преобразует формат изображения из плоского в панорамное. Анамофорты могут заменить системы с цилиндрическими линзами или зеркалами [3].Anamofort multi-channel (differential) optical fiber converts the image format from flat to panoramic. Anamoforts can replace systems with cylindrical lenses or mirrors [3].

Фоконы, состоящие из сужающихся к одному из краев волокон, уменьшают или увеличивают изображение при передаче с одного торца на другой.Focons, consisting of fibers tapering to one of the edges, reduce or enlarge the image when transferred from one end to the other.

Данная панорамная линза 10 из ВОЭ 11 имеет широкую диаграмму направленности, намного превосходящую диаграмму направленности существующих головок самонаведения управляемых боеприпасов 3.This panoramic lens 10 from VOE 11 has a wide radiation pattern, far superior to the radiation pattern of existing homing heads guided munitions 3.

Панорамная линза 10 из ВОЭ 11 снижает потерю сигнала головок самонаведения управляемых боеприпасов 3 от цели 4 на стартовом участке - а.Panoramic lens 10 from VOE 11 reduces the signal loss of the homing heads of guided munitions 3 from target 4 at the launch site - a.

Использование панорамной линзы с ВОЭ позволяет расширить диапазон угловых смещений управляемого боеприпаса относительно оси «пусковая установка - цель» на начальном участке полетаUsing a panoramic lens with HEE allows you to expand the range of angular displacements of the guided munition relative to the axis "launcher - target" in the initial phase of flight

Использование большого количества волоконно-оптических элементов-фоконов 10 позволяет фрагментизировать диаграмму направленности и повысить точность определения направления на источник сигнала.The use of a large number of fiber-optic elements-focons 10 allows you to fragment the radiation pattern and improve the accuracy of determining the direction to the signal source.

Повышение точности пеленга увеличивается с увеличением количества волоконно-оптических элементов, это позволяет повысить точность наведения на конечном участке на цель 4 и навести в уязвимые места,Improving the accuracy of the bearing increases with an increase in the number of fiber-optic elements, this allows you to increase the accuracy of guidance in the final section of the target 4 and point to vulnerable places,

Отраженный от цели (бронированный обьект) 4 сигнал имеет сложную структуру. Участки расположения электронно-оптических приборов (фиг.6) имеют эффективную поверхность рассеивания («бликующий» сигнал) в сотни раз выше остальных участков поверхности объекта поражения. При подсветке лазерным излучением пеленгатора 1 цели (бронированный обьект) 4 наиболее мощный (доминантный) сигнал отражения (до 1000 м²) создают оптико-электронные приборы (фиг.6). Этот сигнал может быть использован для наведения управляемых боеприпасов не только на объект поражения, но и на оптико-электронные приборы, расположенные в технических отверстиях (в уязвимых местах) [4].The signal reflected from the target (armored object) 4 has a complex structure. The locations of the electron-optical devices (Fig.6) have an effective dispersion surface (“glare” signal) hundreds of times higher than the remaining areas of the surface of the target. When laser illumination of the target finder 1 (armored object) 4, the most powerful (dominant) reflection signal (up to 1000 m ² ) is created by optoelectronic devices (Fig.6). This signal can be used to direct guided ammunition not only at the target, but also at optoelectronic devices located in technical holes (in vulnerable places) [4].

Анализ характерных особенностей формы волнового фронта отраженного излучения от оптико-электронных приборов показал, что наиболее вероятны ситуации, когда волновой фронт отраженного от прибора излучения будет иметь один экстремум (фиг.4), смещенный относительно центра апертуры ОЭС, либо несколько экстремумов (блестящих точек) в плоскости апертуры лоцируемого ОЭС, расположение которых соответствует схеме, приведенной на фиг.5.An analysis of the characteristic features of the wavefront shape of the reflected radiation from optoelectronic devices showed that the most probable situations are when the wavefront of the radiation reflected from the device will have one extremum (Fig. 4) offset from the center of the aperture of the ECO, or several extrema (brilliant points) in the plane of the aperture of the located ECO, the location of which corresponds to the circuit shown in Fig.5.

Схема и реальное изображение расположения экстремумов поверхности волнового фронта отраженного излучения в плоскости апертуры лоцируемого прибора при нормальном падении фронта зондирующего излучения при наклонном падении фронта зондирующего излучения приведены на фиг.4 и 5 [4], где: 1' - центральная «блестящая точка»; 2'...5' - периферийные «блестящие точки».A diagram and a real image of the location of the extremes of the surface of the reflected wave front in the aperture plane of the located device with a normal incidence of the probe radiation front with an inclined incidence of the probe radiation front are shown in Figs. 4 and 5 [4], where: 1 'is the central “brilliant point”; 2 '... 5' - peripheral "shiny points".

Результаты измерения индикатрис отражения оптико-электронных приборов демонстрируют поэкземплярный разброс характеристик отражения однотипных приборов. Однако для большинства исследуемых приборов основной максимум индикатрисы ЭПР (например, для исследованного образца прибора 1ПН53 он составил σ=1200 м²) сосредоточен для поля зрения прибора 2ω в области 0,5°, а положение максимума совпадает с ориентацией оси прибора [4].The measurement results of the reflection indicatrixes of optoelectronic devices demonstrate an instance-wide spread of the reflection characteristics of the same type of devices. However, for most of the instruments under study, the main maximum of the EPR indicatrix (for example, for the studied sample of the 1PN53 device, it was σ = 1200 m ² ) is concentrated for the 2ω field of view in the 0.5 ° region, and the position of the maximum coincides with the orientation of the device axis [4].

Отраженные от приборов объекта поражения сигналы формируют информационное поле (зону) управления, которая может быть использована на конечных участках траектории - В (фиг.1) для точного наведения боеприпаса на приборы. Так как управляемый боеприпас может иметь большие эволюции на траектории, особенно на стартовом участке полета - а (фиг.1), при этом снаряд выходит из узкой зоны отраженного от прибора сигнала, это может привести к срыву наведения управляемого боеприпаса по данному сигналу. Однако это не приведет к промаху боеприпаса по бронированной цели, так как контраст подсвеченной цели значительно больше фона, но вероятность поражения уменьшается, так как снаряд может не попасть в техническое отверстие в броне объекта (в теневую зону отверстия), где установлен электронно-оптический прибор (фиг.6).The signals reflected from the devices of the target object form an information field (zone) of control, which can be used on the final sections of the trajectory - B (Fig. 1) for precise guidance of the ammunition on the devices. Since the guided munition can have large evolutions on the trajectory, especially at the launch site of the flight - a (Fig. 1), while the projectile leaves the narrow zone of the signal reflected from the device, this can lead to the failure of guided munition guidance on this signal. However, this will not lead to missed munitions against an armored target, since the contrast of the illuminated target is much greater than the background, but the probability of destruction decreases, since the projectile may not fall into the technical hole in the object’s armor (in the shadow zone of the hole), where an electron-optical device is installed (Fig.6).

Использование панорамной линзы 10 на начальных участках траектории расширяет диапазон эволюции снаряда на траектории, а на конечных участках траектории селектировать с помощью волоконно-оптических элементов остронаправленный отраженный сигнал («блик») от приборов для выработки сигналов коррекции траектории полета снаряда. Это позволяет повысить точность наведения управляемого боеприпаса и эффективность поражения корпусов бронированных объектов в наиболее уязвимых местах, т.е. там, где находятся оптико-электронные приборы.The use of panoramic lens 10 in the initial sections of the trajectory extends the range of evolution of the projectile along the trajectory, and in the final sections of the trajectory, select with the help of fiber-optic elements the directionally reflected signal (“flare”) from the devices to generate signals for correcting the projectile's flight path. This allows you to increase the accuracy of guidance of guided munitions and the effectiveness of destruction of the corps of armored objects in the most vulnerable places, i.e. where there are optoelectronic devices.

Источники информацииInformation sources

1. Ракетно-артиллерийское вооружение. Оружие России. - М.: Военный Парад. ВДЦ-ПРЕСС. 2004. - 44 с.1. Missile and artillery weapons. Weapons of Russia. - M .: Military Parade. WDC-PRESS. 2004 .-- 44 p.

2. Проектирование оптико-электронных приборов: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп. / Ю.Б.Парвулюсов и др.; Под ред Ю.Г.Якушенкова. - М.: Логос, 2000. - 488 с.2. Design of optoelectronic devices: a Textbook. Ed. 2nd, rev. and add. / Yu.B. Parvulyusov et al .; Edited by Yu.G. Yakushenkov. - M .: Logos, 2000 .-- 488 p.

3. Пархоменко В.А. и др. Оптические материалы и технологии. Часть 1. Оптические материалы и их производство: Учебное пособие. - Пенза: АИИ. 2004. - 162 с.3. Parkhomenko V.A. and others. Optical materials and technologies. Part 1. Optical materials and their production: Textbook. - Penza: AII. 2004 .-- 162 p.

4. Пархоменко В.А., Устинов Е.М. Способ поражения управляемыми боеприпасами бронированных объектов в местах размещения оптико-электронных приборов. Заявка №2003130383/02 (032612) от 14.10.2003 г.4. Parkhomenko V.A., Ustinov E.M. The method of destruction of guided munitions of armored objects at the locations of optoelectronic devices. Application No. 2003130383/02 (032612) dated 10/14/2003

5. Патент 323925. G 01 S 1/70. Бюллетень №1 за 1972 г.5. Patent 323925. G 01 S 1/70. Bulletin No. 1 of 1972

6. А.с. SU 1802348 A1, G 01 S 3/78 от 15.03.93. Бюл.10.6. A.S. SU 1802348 A1, G 01 S 3/78 dated 03/15/93. Bull. 10.

7. Патент 323925. G 01 S 1/70. Бюллетень №1 за 1972 г.7. Patent 323925. G 01 S 1/70. Bulletin No. 1 of 1972

8. Заявка №2367291 от 5.10.1976. Франция. МКИ G 01 S 9/62, F 42 В 15/02. Устройство угловой локации световых объектов и система автоматического наведения, включающая такое устройство. - Опубл. в РЖ Радиотехника. Свод. том 8, 1979. 8Е350П.8. Application No. 2367291 of 10/10/1976. France. MKI G 01 S 9/62, F 42 V 15/02. A device for angular location of light objects and an automatic guidance system, including such a device. - Publ. in RZh Radio engineering. The vault. Volume 8, 1979. 8E350P.

9. Авт. свидетельство SU 1172374 A1 от 26.03.84. Оптическая система наведения подвижного объекта. МКИ G 01 S 3/78.9. Auth. Certificate SU 1172374 A1 dated 03.26.84. Optical guidance system of a moving object. MKI G 01 S 3/78.

Claims (1)

Система наведения управляемого боеприпаса по отраженному от объекта поражения лазерному излучению, содержащая линзовый объектив головки самонаведения боеприпаса, связанный с приемным устройством, которое через электронный блок соединено с исполнительным устройством - рулями боеприпаса, отличающаяся тем, что использование панорамной линзы, представляющей собой набор волоконно-оптических элементов из многоканальных световодов, например, типа фокон или анамафорт и являющейся антенной, матричного фотоприемника на приборах с зарядовой связью и устройства обработки информации позволяет преобразовать плоскую картину наблюдения в панорамную и расширить диапазон угловых смещений управляемого боеприпаса относительно оси "пусковая установка - цель" на начальном участке полета, а также увеличить точность наведения на цель на конечном участке наведения.A guided munition guidance system for laser radiation reflected from the target, containing a lens of the homing head of the munition connected to a receiving device, which is connected via an electronic unit to an actuator — munition rudders, characterized in that the panoramic lens is a set of fiber optic elements from multichannel fibers, for example, a focon or anamort type and being an antenna, a photodetector array on devices with a charge communication and information processing devices allows you to convert a flat observation picture into a panoramic one and expand the range of angular displacements of the guided munition relative to the axis "launcher - target" at the initial flight site, as well as increase the accuracy of aiming at the target at the final guidance site.

Images