RU2020140490A - Fire control system for armored weapons - Google Patents

Fire control system for armored weapons Download PDF

Info

Publication number
RU2020140490A
RU2020140490A RU2020140490A RU2020140490A RU2020140490A RU 2020140490 A RU2020140490 A RU 2020140490A RU 2020140490 A RU2020140490 A RU 2020140490A RU 2020140490 A RU2020140490 A RU 2020140490A RU 2020140490 A RU2020140490 A RU 2020140490A
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cameras
coordinates
image
memory
camera
Prior art date
Application number
RU2020140490A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2775579C2 (en
Inventor
Алексей Владимирович Зубарь
Андрей Валерьевич Шаргин
Александр Сергеевич Кайсин
Василий Иванович Кирнос
Эдуард Александрович Гейнце
Арслан Ильясович Абдуллаев
Андрей Николаевич Поздеев
Original Assignee
Алексей Владимирович Зубарь
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Владимирович Зубарь filed Critical Алексей Владимирович Зубарь
Publication of RU2020140490A publication Critical patent/RU2020140490A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2775579C2 publication Critical patent/RU2775579C2/en

Links

Claims (63)

Система управления огнем (СУО) для образцов бронетанкового вооружения, включающая соединенные с высокоскоростной шиной данных прицелы командира (ПК) и наводчика (ПН) с лазерными дальномерами, прицел-дублер наводчика (ПДН), блок цифровой обработки (БЦО), датчики горизонтального и вертикального наведения прицелов, систему внешнего видеонаблюдения (СВВН), датчик башни, высокоскоростную шину данных, видеосмотровые устройства (ВСУ) пульты и панели управления командира и наводчика, а также прочие подсистемы и датчики, обеспечивающие эффективную работу СУО и выполнение ей всего перечня функциональных возможностей, но не связанные напрямую с достигаемыми техническими результатами заявленного изобретения, такими системами и датчиками, например, могут быть баллистический вычислитель, блок управления стабилизатора вооружения, навигационная система, система пожаротушения, система коллективной зашиты, система связи, система управления и стабилизации дистанционной пулеметной установкой, датчики курса, крена, тангажа, температуры, датчики пожара, датчик ветра и т.д., и отличающаяся возможностью одновременного проведения пассивного определения параметров (координат, дальностей, скоростей и направления движения) всех обнаруженных целей без их облучения активным излучением за счет размещения камер (оптико-электронных каналов) прицелов, приборов и камер внешнего видеонаблюдения на башне образца БТВ таким образом, чтобы с одной стороны обеспечивалось полное круговое перекрытие сектора наблюдения в 360° и с другой стороны поля зрения камер в пространстве пересекались, образуя единое измерительное пространство вокруг бронеобъекта, передачи их видеоизображений в БЦО, являющийся удаленным компьютером, таким как рабочая станция, персональный компьютер или ноутбук, и содержащий размещенные на машиночитаемом носителе память для хранения данных и измерительное приложение содержащее, в свою очередь, исполняемые модули или команды, выполненные с возможностью исполнения по меньшей мере одним процессором, а именно:Fire control system (FCS) for armored weapons, including commander’s (PC) and gunner’s (PN) sights connected to a high-speed data bus with laser rangefinders, gunner’s backup sight (PDN), digital processing unit (DPC), horizontal and vertical sensors aiming, external video surveillance system (EVVN), turret sensor, high-speed data bus, video viewing devices (VSU), commander’s and gunner’s consoles and control panels, as well as other subsystems and sensors that ensure the effective operation of the SLA and the fulfillment of the entire list of functionality, but not directly related to the achieved technical results of the claimed invention, such systems and sensors, for example, can be a ballistic computer, a weapon stabilizer control unit, a navigation system, a fire extinguishing system, a collective protection system, a communication system, a control and stabilization system for a remote machine gun installation, heading sensors a, roll, pitch, temperature, fire sensors, wind sensor, etc., and characterized by the possibility of simultaneously passively determining the parameters (coordinates, ranges, speeds and direction of movement) of all detected targets without irradiating them with active radiation due to the placement of cameras ( optical-electronic channels) of sights, devices and cameras of external video surveillance on the turret of the BTV sample in such a way that on the one hand a complete circular overlap of the observation sector of 360 ° is provided and on the other hand the fields of view of the cameras intersect in space, forming a single measuring space around the armored object, transferring their video images to the BSC, which is a remote computer, such as a workstation, personal computer or laptop, and containing memory for data storage placed on a machine-readable medium and a measuring application containing, in turn, executable modules or commands made with the ability to execute at least at least one percent essor, namely: модуль обмена данными, выполненный с возможностью приема через шину данных СУО цифровых изображений с камер ПК, ПН, ПДН и СВВН, а также данных с датчиков прицелов и башни передачи их для хранения в память;a data exchange module configured to receive digital images from PC, PN, PDN, and VVVN cameras, as well as data from sight sensors and transmission turrets for storage in memory, via the FCS data bus; модуль калибровки, выполненный с возможностью определения данных внутренней и внешней калибровки j-ых камер, где j ∈ 1... J, J - количество видеокамер ПК, ПН, ПДН и СВВН, и записи их в память, а именно: фокусного расстояния fj объективов; вертикальных
Figure 00000001
и горизонтальных
Figure 00000002
размеров пикселей фотоприемных устройств (ФПУ); вертикальных Mj и горизонтальных Nj разрешений ФПУ; вертикальных
Figure 00000003
и горизонтальных
Figure 00000004
линейных расстояний между геометрическим центрами ФПУ и центрами изображений, формируемых объективами; величин углов перекоса θj изображений, возникающих, как правило, из-за погрешностей изготовления ФПУ или при неточной синхронизации процесса пиксельной выборки; коэффициентов радиальной
Figure 00000005
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
…
Figure 00000008
, где n - количество учитываемых коэффициентов, и тангенциальной
Figure 00000009
,
Figure 00000010
дисторсии; углов
Figure 00000011
,
Figure 00000012
наклона защитного стекла относительно систем координат (СК) камер, соответственно, в горизонтальной и вертикальной плоскостях; показателей nj преломления защитных стекол; толщин hj защитных стекол; горизонтальных
Figure 00000013
, вертикальных
Figure 00000014
и поперечных
Figure 00000015
углов текущей ориентации СК камер относительно осей СК башни; текущих координат
Figure 00000016
,
Figure 00000017
,
Figure 00000018
начал СК j-ых камер относительно начала СК башни;a calibration module configured to determine the internal and external calibration data of the j-th cameras, where j ∈ 1... J, J - the number of video cameras PC, PN, PDN and UHVN, and write them to memory, namely: focal length f j lenses; vertical
Figure 00000001
and horizontal
Figure 00000002
pixel sizes of photodetectors (FPU); vertical M j and horizontal N j FPU resolutions; vertical
Figure 00000003
and horizontal
Figure 00000004
linear distances between the geometric centers of the FPU and the centers of the images formed by the lenses; the values of the angles of distortion θ j images, arising, as a rule, due to errors in the manufacture of FPU or inaccurate synchronization of the pixel sampling process; coefficients of the radial
Figure 00000005
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
…
Figure 00000008
, where n is the number of coefficients taken into account, and the tangential
Figure 00000009
,
Figure 00000010
distortion; corners
Figure 00000011
,
Figure 00000012
inclination of the protective glass relative to the coordinate systems (SC) of the cameras, respectively, in the horizontal and vertical planes; refractive indices nj of protective glasses; thicknesses h j protective glasses; horizontal
Figure 00000013
, vertical
Figure 00000014
and transverse
Figure 00000015
angles of the current orientation of the SC cameras relative to the axes of the SC tower; current coordinates
Figure 00000016
,
Figure 00000017
,
Figure 00000018
the beginning of the SC of the j-th chambers relative to the beginning of the SC of the tower; модуль интерфейса, выполненный с возможностью создания форм управления изображением для отображения через ВСУ командира и наводчика и содержащий модули, позволяющие им через ПнУК и ПнУН взаимодействовать с измерительным приложением, при этом форма управления изображением содержит различные виды, которые обеспечивают возможность отображения видеоданных, взаимодействие пользователя с видеоданными, например, указания целей или важных объектов, которых необходимо взять на автосопровождение, определить их координаты и параметры движения;an interface module configured to create image control forms for displaying the commander and gunner through the APU and containing modules that allow them to interact with the measurement application through PnUK and PnUN, while the image control form contains various views that provide the ability to display video data, user interaction with video data, for example, indications of targets or important objects that need to be taken for auto-tracking, determine their coordinates and movement parameters; модуль автосопровождения, выполненный с возможностью захвата и автоматического сопровождения указанных командиром или наводчиком, а также поступивших по каналам целеуказания или обнаруженных в результате работы системы автоматического визуального обнаружения g-ых целей и важных объектов на i-ых кадрах изображений с j-ых камер ПК, ПН, ПДН и СВВН и сохранении их пиксельных координат в виде соответствующих номеров строк
Figure 00000019
и столбцов
Figure 00000020
в память;an auto-tracking module configured to capture and automatically track those indicated by the commander or gunner, as well as those received through target designation channels or detected as a result of the operation of the automatic visual detection system of the g-th targets and important objects on the i-th image frames from the j-th PC cameras, PN, PDN and SVVN and saving their pixel coordinates as the corresponding line numbers
Figure 00000019
and columns
Figure 00000020
in memory; модуль разрешения, выполненный с возможностью считывания текущих i-ых кадров изображений j-ых камер, для которых модуль автосопровождения сохранил координаты
Figure 00000021
и
Figure 00000022
, повышения их разрешения в k-раз любым из существующих способов, например, интерполяцией, цифровой обработки изображений, направленной на повышение резкости и компенсации эффекта «смазывания» изображений при движении камеры, а также сохранения обработанных изображений в память;a resolution module configured to read the current i-th image frames of the j-th cameras for which the auto-tracking module has stored coordinates
Figure 00000021
and
Figure 00000022
, increasing their resolution by a factor of k by any of the existing methods, for example, interpolation, digital image processing aimed at sharpening and compensating for the effect of “blurring” images when the camera moves, as well as saving processed images to memory; модуль внутренних параметров, выполненный с возможностью считывания из памяти данных о внутренних параметрах j-ой, а также всех j+1, j+2 и т.д. камер ПК, ПН, ПДН и СВВН, и записей на основе принятых данных в память матриц Kj внутренних параметров, согласно выражению:internal parameters module, configured to read from the memory data about internal parameters j-th, as well as all j+1, j+2, etc. cameras PC, PN, PDN and UHVN, and records based on the received data in the memory of the matrices K j of internal parameters, according to the expression:
Figure 00000023
Figure 00000023
 модуль внешних параметров, выполненный с возможностью считывания из памяти данных о внешних параметра j-ой и всех j+1, j+2 и т.д. камер ПК, ПН, ПДН и СВВН, а также данных с датчика башни с текущим значением угла βБ положения башни образца вооружения относительно его корпуса и записей на основе принятых данных в память матриц
Figure 00000024
положения, согласно выражению:an external parameter module configured to read external parameter data of the j-th and all j+1, j+2, etc. from the memory. PK, PN, PDN and UHVN cameras, as well as data from the turret sensor with the current value of the angle β B of the position of the armament sample turret relative to its hull and records based on the received data in the matrix memory
Figure 00000024
positions, according to the expression:
Figure 00000025
Figure 00000025
 модуль взаимной ориентации, выполненный с возможностью формирования пар камер между j-ой камерой, на изображении которой в данный момент отслеживается положение объекта с помощью модуля автосопровождения, и прочими j+1, j+2 и т.д. камерами ПК, ПН, ПДН и СВВН, на которых модуль автосопровождения вычислил и сохранил в память пиксельные координаты
Figure 00000026
и
Figure 00000027
g-ых целей, а также вычисления и сохранения в памяти для каждой из сформированных пар камер матриц взаимной ориентацииa relative orientation module configured to form pairs of cameras between the j-th camera, on the image of which the position of the object is currently tracked using the auto-tracking module, and other j+1, j+2, etc. PC, PN, PDN and UVVN cameras, on which the auto-tracking module calculated and stored pixel coordinates in memory
Figure 00000026
and
Figure 00000027
g-th targets, as well as calculation and storage in memory for each of the formed pairs of cameras of matrices of mutual orientation
Figure 00000028
Figure 00000028
 где
Figure 00000029
where
Figure 00000029
Figure 00000030
Figure 00000030
 путем:by: записи векторов
Figure 00000031
, расчета матриц поворота
Figure 00000032
векторов
Figure 00000033
в вертикальной плоскости на угол
Figure 00000034
:vector records
Figure 00000031
, calculation of rotation matrices
Figure 00000032
vectors
Figure 00000033
in the vertical plane at an angle
Figure 00000034
:
Figure 00000035
Figure 00000035
 вычисления матриц
Figure 00000036
и
Figure 00000037
положения СК j-ой и j+1-ой камер с учетом их поворота на угол
Figure 00000038
:matrix calculations
Figure 00000036
and
Figure 00000037
positions of the SC of the j-th and j+1-th cameras, taking into account their rotation by an angle
Figure 00000038
:
Figure 00000039
Figure 00000039
 вычисления векторов
Figure 00000040
vector calculations
Figure 00000040
 вычисления матриц
Figure 00000041
поворота векторов
Figure 00000042
в вертикальной плоскости на угол
Figure 00000043
:matrix calculations
Figure 00000041
rotation vectors
Figure 00000042
in the vertical plane at an angle
Figure 00000043
:
Figure 00000044
Figure 00000044
 вычисления матриц
Figure 00000045
и
Figure 00000046
положения СК j-ой и j+1-ой камер с учетом их дополнительного пространственных поворотов сначала на угол
Figure 00000047
, а после - на угол
Figure 00000048
:matrix calculations
Figure 00000045
and
Figure 00000046
positions of the SC of the j-th and j+1-th cameras, taking into account their additional spatial rotations, first by the angle
Figure 00000047
, and after - at the corner
Figure 00000048
:
Figure 00000049
Figure 00000050
Figure 00000049
Figure 00000050
 и вычисления значений углов взаимной ориентации j-ой и j+1-ой камер относительно их параллельного положения в пространстве:and calculating the values of the angles of mutual orientation of the j-th and j+1-th cameras relative to their parallel position in space:
Figure 00000051
Figure 00000051
 модуль координат, выполненный с возможностью вычисления по данным i-ых изображений для каждой измерительной пары j-ой и j+1-ой камер пространственных координат обнаруженных
Figure 00000052
,
Figure 00000053
,
Figure 00000054
g-ых объектов, согласно выражению:a coordinate module configured to calculate, from the data of the i-th images for each measuring pair of the j-th and j+1
Figure 00000052
,
Figure 00000053
,
Figure 00000054
g-th objects, according to the expression:
Figure 00000055
Figure 00000055
 где
Figure 00000056
- вектор трехмерных координат g-го объекта на i-ых кадрах в СК измерительной пары j-ой и j+1-ой камер;where
Figure 00000056
- vector of three-dimensional coordinates of the g-th object on the i-th frames in the SC of the measuring pair of the j-th and j+1-th cameras;
Figure 00000057
- вектор скорректированных координат изображения g-го объекта на i-ом кадре цифрового изображения j-ой камеры;
Figure 00000057
- vector of corrected image coordinates of the g-th object on the i-th frame of the digital image of the j-th camera;
Figure 00000058
- вектор трехмерных координат изображения g-го объекта на i-ом кадре в СК j-ой камеры;
Figure 00000058
- vector of three-dimensional coordinates of the image of the g-th object on the i-th frame in the CS of the j-th camera;
Figure 00000059
- расширенный вектор пиксельных координат изображения g-го объекта на i-ом кадре цифрового изображения j-ой камеры;
Figure 00000059
- extended vector of pixel coordinates of the image of the g-th object on the i-th frame of the digital image of the j-th camera;
Figure 00000060
- матрица коррекции дисторсии для текущего i-ого кадра j-ой камеры;
Figure 00000060
- distortion correction matrix for the current i-th frame of the j-th camera;
Figure 00000061
- коэффициент коррекции радиальной дисторсии объектива j-ой камеры;
Figure 00000061
- coefficient of correction of the radial distortion of the lens of the j-th camera;
Figure 00000062
- коэффициент коррекции тангенциальной дисторсии j-ой камеры в горизонтальной плоскости;
Figure 00000062
- coefficient of correction of tangential distortion of the j-th camera in the horizontal plane;
Figure 00000063
- коэффициент коррекции тангенциальной дисторсии j-ой камеры в вертикальной плоскости;
Figure 00000063
- coefficient of correction of tangential distortion of the j-th camera in the vertical plane;
Figure 00000064
- расстояние от центра изображения j-ой камер i-ом кадре до изображения g-го объекта на нем;
Figure 00000064
- distance from the center of the image of the j-th camera in the i-th frame to the image of the g-th object on it;
Figure 00000065
- проекционная матрица для пары j-ой и j+1-ой камер;
Figure 00000065
- projection matrix for a pair of j-th and j+1-th cameras;
Figure 00000066
- проекционный коэффициент;
Figure 00000066
- projection coefficient;
Figure 00000067
- вектор скорректированных координат изображения g-го объекта на i-ом кадре цифрового изображения j+7-ой камеры;
Figure 00000067
- vector of corrected image coordinates of the g-th object on the i-th frame of the digital image of the j+7th camera;
Figure 00000068
- вектор трехмерных координат изображения g-го объекта на i-ом кадре в СК j+1-ой камеры;
Figure 00000068
- vector of three-dimensional coordinates of the image of the g-th object on the i-th frame in the CS j+1-th camera;
Figure 00000069
- расширенный вектор пиксельных координат изображения g-го объекта на i-ом кадре цифрового изображения j+1-ой камеры;
Figure 00000069
- extended vector of pixel coordinates of the image of the g-th object on the i-th frame of the digital image of the j+1-th camera;
Figure 00000070
- матрица коррекции преломления защитного стекла j-ой камеры;
Figure 00000070
- refractive correction matrix of the protective glass of the j-th chamber;
Figure 00000071
Figure 00000071
 горизонтальная поправка на защитное стекло j-ой камеры;horizontal correction for the protective glass of the j-th chamber;
Figure 00000072
Figure 00000072
 вертикальная поправка на защитное стекло j-ой камеры;vertical correction for the protective glass of the j-th chamber; вычисления для g-ых целей и всех сформированных измерительных пар j-ой и j+1-ой, j-ой и j+2-ой, j-ой и j+3-ей и т.д., на основе их параметров и взаимной ориентации весовых коэффициентов измерений
Figure 00000073
,
Figure 00000074
,
Figure 00000075
и т.д., проведения уточнения с сохранением в памяти вычисленных по i-ым кадрам текущих координат g-го объекта, согласно выражениям:calculations for g-th targets and all generated measuring pairs j-th and j+1-th, j-th and j+2-th, j-th and j+3-th, etc., based on their parameters and relative orientation of the measurement weights
Figure 00000073
,
Figure 00000074
,
Figure 00000075
etc., carrying out refinement with saving in memory the current coordinates of the g-th object calculated from the i-th frames, according to the expressions:
Figure 00000076
Figure 00000076
 модуль параметров движения, выполненный с возможностью приема из памяти координат
Figure 00000077
g-го объекта с i-го кадра, а также координат
Figure 00000078
с i+1-го и последующих кадров, вычисления и сохранения в память по крайней мере следующих параметров движения каждого g-го объекта относительно образца БТВ, а именно:motion parameters module configured to receive coordinates from the memory
Figure 00000077
g-th object from the i-th frame, as well as coordinates
Figure 00000078
i+1-th and subsequent frames, calculating and storing in memory at least the following motion parameters of each g-th object relative to the BTV sample, namely: - текущей дальности:- current range:
Figure 00000079
Figure 00000079
 - скорости изменения дальности между i-ым и i+1-ым кадрами:- range change rate between the i-th and i+1-th frames:
Figure 00000080
Figure 00000080
 где Fpsi - скорость смены кадров (количество обрабатываемых кадров в секунду);where Fps i - frame rate (number of processed frames per second); - углов вертикального
Figure 00000081
и горизонтального
Figure 00000082
наведения на g-ый объект:- vertical angles
Figure 00000081
and horizontal
Figure 00000082
pointing at the g-th object:
Figure 00000083
Figure 00000083
 - угловых скоростей горизонтального
Figure 00000084
и вертикального
Figure 00000085
движения g-го объекта относительно бронеобъекта:- angular velocities of the horizontal
Figure 00000084
and vertical
Figure 00000085
movement of the g-th object relative to the armored object:
Figure 00000086
Figure 00000086
 - вектора движения g-го объекта:- motion vector of the g-th object:
Figure 00000087
Figure 00000087
 - скорости движения g-го объекта относительно образца вооружения:- speed of movement of the g-th object relative to the weapon model:
Figure 00000088
Figure 00000088
RU2020140490A 2020-12-08 Fire control system for armoured vehicles RU2775579C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2020140490A true RU2020140490A (en) 2022-06-08
RU2775579C2 RU2775579C2 (en) 2022-07-04

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8678282B1 (en) Aim assist head-mounted display apparatus
US9488442B2 (en) Anti-sniper targeting and detection system
US8955749B2 (en) Aiming system
US20220373298A1 (en) Methods systems circuits components apparatus devices assemblies and computer-executable code for aiming a firearm
US20090040308A1 (en) Image orientation correction method and system
CN111609759B (en) Shooting control method and device for intelligent firearm sighting device
EP2525235A1 (en) Multi-function airborne sensor system
JP7394135B2 (en) Direct extended view optics
RU136148U1 (en) FIRE MANAGEMENT SYSTEM
CN102902282A (en) Optic axis and inertia axis superposition-based geographic tracking method
CA3020892A1 (en) Dispositif et methode de simbleautage
RU2697047C2 (en) Method of external target designation with indication of targets for armament of armored force vehicles samples
CN113534737B (en) PTZ (Pan/Tilt/zoom) dome camera control parameter acquisition system based on multi-view vision
CN115546318B (en) Automatic high-speed trajectory calibration method
CN102098442A (en) Method and system for calibrating non-overlap ratio of optical axis and visual axis of zoom camera
RU2695141C2 (en) Method of automatic adjustment of zero lines of sighting of optoelectronic channels of sighting of armored vehicles
RU2562391C1 (en) Method and apparatus for optical location
CN113885312A (en) Photoelectric tracking system and method
RU2020140490A (en) Fire control system for armored weapons
CN111692916A (en) Aiming device and aiming method
RU2712367C2 (en) Method for internal target designation with indication of targets for armored weapon samples
RU2775579C2 (en) Fire control system for armoured vehicles
RU162717U1 (en) SHIPBAR SMALL-SIZED HIGH-PRECISION ANTI-ARTILLERY COMPLEX
Lee et al. A Gyro-based Tracking Assistant for Drones with Uncooled Infrared Camera
RU2399073C1 (en) Optical panoramic system