RU2073197C1 - Способ юстировки визирной системы на летательном аппарате - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относится к оптической технике и может применяться в оптико-электронном авиационном приборостроении. Сущность: в процессе юстировки визирной системы с целью повышения точности осуществляется сопоставление измерений углов визирования источника коллимированного излучения визирной системой, направления этого излучения и углового положения Ла в пространстве, определяемого по прямым измерениям сигналов тех подсистем бортового комплекса Ла, по отношению к которым погрешность юстировки визирной системы должна быть минимальной. 1 ил.

Description

Изобретение относится к оптической технике и может применяться в оптико-электронном авиационном приборостроении.

Известный способ юстировки визирных систем на летательных аппаратах (ЛА) заключается в выверке углового положения оптической оси визирных систем относительно строительных осей ЛА. Опорные напряжения, относительно которых выверяется оптическая ось визирной системы, задается метками на плоском щите, устанавливаемом на определенном расстоянии от ЛА перпендикулярно строительной горизонтали фюзеляжа (оси ОсХс) Ла.

Положение этих меток определяется расчетным путем по точкам пересечения со щитом оси ОсХс и оптической оси юстируемой системы при заданных углах визирования.

Оператор последовательно наводит визирную систему на указанные метки. По разнице между расчетными и измеренными углами визирования этих меток определяются необходимые юстировочные поправки ΔΦ.

Недостатком известного способа является недостаточная точность юстировки из-за погрешностей выставки щита относительно ЛА и ограничение диапазона углов визирования, в котором контролируется точность юстировки.

Известное устройство для юстировки самолетного вооружения (патент США N 4191471, кл. G-01 B 11/26, G 01c 1/06), в котором для проверки прицельной линии самолетного орудия относительно эталонной оси самолета используется источник коллимированного света, крепящийся непосредственно на самолете в положении, обеспечивающем прохождение коллимированного луча по пути, параллельному опорному направлению.

Недостатком известных способов юстировки является именно выбор этого опорного направления. Решение принципиальных и навигационных задач требует знания углового положения ЛА в пространстве, что определяется углами курса j тангажа V и крена g по показаниям инерциальной курсовертикали или других навигационных приборов.

Однако юстировка бортовых оптико-электронных систем, обеспечивающих визирования целей или навигационных ориентиров, производится не только не непосредственно по измерениям угла курса j, тангажа V и крена g,, а косвенным путем через опорное направление, за которое обычно принимается строительная горизонталь фюзеляжа. Это опорное направление тем или иным способом индицируется в пространстве с помощью устройств. При этом каждая из подсистем, определяющих точность решения прицельно навигационных задач, привязывается к этому направлению, т.е. к фюзеляжу ЛА, автономно и независимо от других, без использования прямых измерения сигналов бортовых датчиков, определяющих угловое положение ЛА в пространстве. Это не позволяет минимизировать погрешности юстировки визирной системы по отношению к этим датчикам, вследствие чего нужная точность прицельно навигационного комплекса не достигается.

Недостатком известных способов является также необходимость применения для их реализации громоздкой нестандартной аппаратуры, сложность ее установки на ЛА и т.д.

Цель изобретения повышение точности юстировки визирной системы относительно прицельно навигационной системы ЛА путем сопоставления измерений углов визирования источника коллимированного излучения визирной системой, направления этого излучения и углового положения ЛА в пространстве, определяемого по прямым измерениям сигналов тех подсистем бортового комплекса ЛА, по отношению к которым погрешность юстировки визирной системы должна быть минимальной.

Эта цель достигается тем, что в процессе юстировки визирной системы на ЛА, включающем формирование потоков коллимированного излучения в направлении на входной зрачок визирной системы, прием излучения визирной системой, ее наведение на источник коллимированного излучения и измерение угла Φ_в визирования этого источника относительно ЛА, формирование и суммирование юстировочной погрешности ΔU с измерением Φ_в угла визирования цели, дополнительно измеряют углы ψ, g,, V ориентации ЛА по сигналам датчиков и угловое положение Φ_и источника коллимированного излучения в пространстве, а величину погрешности ΔΦ угла установки формируют по соотношению между угловым положением v_и и источника излучения, угловым положением ψ,γ,, V ЛА в пространстве и углом визирования Φ_в источника коллимированного излучения.

На фиг. 1 приведена блок-схема системы юстировки оптико-телевизионной системы, юстируемой по предложенному способу; на фиг.2 схема углов, поясняющая сущность предложенного способа.

На фиг. 1 обозначено 1 юстируемый прибор (визирная система); 2 - ТВ-камера; 3 гиропривод визирной системы; 4 блок управления; 5 - видеоконтрольное устройство (телеэкран); 6 инерциальная курсовертикаль; 7 - бортовой навигационный комплекс; 8 оператор бортового комплекса; 9 - измерительный комплекс; 10 угломерное визирное устройство с источником коллимированного излучения; 11 блок обработки информации; 12 оператор измерительного комплекса.

На фиг. 2 обозначено X_cZ_c оси связанной (с ЛА) системы координат; X_bZ_b оси координат юстируемого прибора 1 (приборная система координат); О_с центр координат юстируемого прибора; О₁ точка размещения угломерного визирного устройства 10; О_cS, J₁S заданное (опорное) направление;
ψ угол курса;
v_в угол визирования координат коллимированного источника излучения в приборной системе координат;
Φ_ц угол визирования угломерного устройства 10 в связанной системе координат;
Φ_и угол между заданным направлением O₁S в пространстве и коллимированным пучком излучения, направленным на входной зрачок прибора 1;
ΔΦ погрешность установки прибора 1.

Схема углов на фиг.2 приведена для частного случая для одной плоскости - азимутальной, для источника коллимированного излучения, помещенного в точку О₁. Кроме того, предполагается, что инерциальная курсовертикаль по отношению к связанной систем координат установлена достаточно точно.

Юстируемый прибор 1, видеоконтрольное устройство 5, инерциальная курсовертикаль входят в состав бортового комплекса 7, управляемого оператором 8.

Инерциальная курсовертикаль 6 содержит гироскопические, магнитные и другие датчики и формирует сигналы курса j,, крена γ и тангажа V, определяющие угловую ориентацию ЛА в пространстве (см. книгу Глухова В.В. и др. "Авиационное и радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов", М. 1983 г).

Измерительный комплекс 9 содержит угломерное визирное устройство 10 и блок обработки измерений 11. Устройство 10 снабжено источником коллимированного излучения в направлении линии визирования. В качестве угломерного визирного устройства 10 может использоваться автоколлимационный теодолит, снабженный буссолью (магнитной стрелкой).

Измерительный комплекс 9 управляется оператором 12.

Перед юстировкой угломерное визирное устройство размещается перед ЛА в поле зрения ТВ-камеры 2, при необходимости разворачиваемой гироприводом 3 в направлении на визирное устройство 10. Оператор 12 измерительного комплекса 9 производит начальную ориентацию угломерного устройства 10 таким образом, чтобы оси координат устройства 10 и курсовертикали 6 были параллельными. Например, если оси О_cS курсовертикали 6, относительно которой отсчитывается угол курса j, направлена на север, то и ось O₁S, относительно которой производится отсчет углов визирования v_и и устройства 10, тоже направляется на север (например, по магнитной стрелке).

Затем оператор 12 наводит устройство в центр входного зрачка ТВ-камеры 2 и подает в блок обработки информации 11 сигнал Аи, по которому в блоке 11 регистрируется величина Φ_и.. Поток коллимированного излучения, формируемого устройством 10, поступает на входной зрачок ТВ-камеры 2 и фокусируется на фотокатоде ТВ-трубки в виде яркой световой метки (точки).

Положение этой метки относительно изображения визирных линий (перекрестия) на экране видеоконтрольного устройства 5 характеризует погрешность наведения оптической оси прибора 1 на коллимированный источник излучения устройства 10.

Оператор 8 бортового комплекса 7, воздействуя на органы управления визирной системы 1, производит точное наведение оптической оси прибора 1 на угломерное устройство 10, т.е. совмещение световой метки с визирными линиями (перекрестием) на экране устройства 5, и после этого подает в блок обработки информации 11 сигнал Ав.

В блоке 11 по сигналу Ав регистрируется величина угла Φ_в,, при котором коллимированный источник излучения визируется юстируемым прибором 1.

Разность между углом Φ_и и истинным углом визирования Φ_ц источника коллимированного излучения (точка О₁ на фиг.2), отсчитываемого от оси ОсХс связанной системы координат ЛА, в сумме с углом курса ψ составляет 180 ^o, так как углы j и ψ_и отсчитываются от параллельных направлений O_cS и О₁S. Измеренный угол визирования Φ_в отличается от истинного угла визирования Φ_ц вследствие погрешности ΔΦ установки прибора 1 относительно осей связанной системы координат ЛА, т.е. v_ц= Φ_в+ΔΦ..

Отсюда, для того, чтобы определить указанную погрешность ΔΦ и затем учесть при измерении углов визирования v_ц реальных объектов, необходимо вычислить ΔΦ по формуле
ΔΦ = Φ_и-Φ_в-ψ-180^°.
Указанная операция производится с учетом необходимой статистической обработки в блоке 11, после чего значение осредненной поправки ΔΦ передается из блока 11 в блок управления 1 и там запоминается на весь период эксплуатации до повторной юстировки (при необходимости).

В этот период истинный угол визирования v_ц реальных объектов при совмещении их на экране устройства 5 вычисляются в блоке 4 в соответствии с измеренным углом Φ_в по формуле Φ_ц= Φ_в+ΔΦ..

В случае, если погрешность юстировки необходимо определить в нескольких точках диапазона углов визирования прибора 1, точку 01 расположения угломерного прибора 5 изменяют нужным образом или устанавливают перед юстируемым прибором 1 несколько угломерных устройств 5 заранее.

Погрешности юстировки в других плоскостях трехмерного пространства вычисляются аналогичным образом с применением необходимых преобразования координат, учитывающих последовательность и направление отсчета углов при переходе от одной системы координат к другой.

Приведем расчетные формулы для случая, когда приборная система координат по направлению осей отсчета углов совпадает со связанной системой координат, погрешности установки прибора 1 в соответствующих плоскостях обозначим ΔΦψ, ΔΦv, ΔΦγ..

Предположим, что юстировка проводится по двумя источникам коллимированного излучения, в точках О_c и O₁, расположенных вблизи оси X_c системы координат. Углы визирования этих источников юстируемым прибором обозначим соответственно Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{(1)}}{\text{вψ}}$ , Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{(1)}}{\text{вv}}$ , , Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{(2)}}{\text{вψ}}$ , Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{(2)}}{\text{вv}}$ . Углы визирования Φ_и входного зрачка прибора 1 из точек О_c и О₁ обозначим соответственно Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{(1)}}{\text{иψ}}$ , Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{(1)}}{\text{иv}}$ , Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{(2)}}{\text{иψ}}$ , Φ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{(2)}}{\text{иv}}$ ..

Тогда, используя некоторую избыточность в измерениях и предполагая их равноточными, имеем в первом приближении

Погрешности юстировки по предложенному способу определяются в основном погрешностями датчиков углов юстируемого прибора 1 и инерциальной курсовертикали 6, а также погрешностями наведения угломерного визирного устройства 5 и ТВ-камеры 2, вносимыми операторами 8 и 12.

Процесс наведения устройства 5 и ТВ-камеры 2 может быть автоматизирован, в этом случае ошибки наведения, вносимые операторами 8 и 12, исключаются.

В случае, если необходима юстировка прибора 1 по отношению к строительным осям фюзеляжа, а измерениями j,γ,, V инерциальной курсовертикали воспользоваться невозможно из-за больших погрешностей, угловое положение ЛА в пространстве может быть определено по угловым координатам фиксированных точек фюзеляжа (не менее трех), измеряемых угломерным устройством 5.

В случае, если юстировку прибора 1 необходимо проводить совместно с другими визирными устройства, входящими в состав бортового комплекса 7, указанные устройства также наводят на коллимированный источник излучения, и соответствующие измерения углов визирования используют для определения юстировочных поправок ΔΦ как для прибора 1, так и для других бортовых визирных устройств.

Таким образом, предложенный способ юстировки визирной системы на ЛА позволяет существенно повысить точность юстировки путем сопоставления измерений углов визирования юстируемого системой источника коллимированного излучения, с учетом направления этого излучения и углового положения ЛА в пространстве, определяемого по прямым измерениям сигналов тех подсистем бортового комплекса, по отношению к которым погрешность юстировки визирной системы должна быть минимальной.

Claims (1)

1. Способ юстировки визирной системы на летательном аппарате (ЛА), заключающийся в том, что формируют коллимированный поток излучения в направлении на входной зрачок визирной системы, производят прием излучения визирной системой и ее наведение на источник коллимированного излучения, измеряют угол Φ_в визирования источника относительно летательного аппарата, угол Φ_у визирования цели с последующим определением погрешности угла установки, отличающийся тем, что дополнительно измеряют углы курса ψ,, тангажа ν и крена g ориентации летательного аппарата в пространстве и угловое v_и положение потока излучения источника также в пространстве, а величину погрешности угла установки ΔΦ вычисляют по соотношению между угловым положением v_и источника излучения, углами ψ,ν,, γ ориентации ЛА в пространстве и углом v_в визирования источника.

Images