RU2697047C2 - Способ внешнего целеуказания с индикацией целей для образцов бронетанкового вооружения - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области бронетанкового вооружения (БТВ) и может быть использовано для автоматизации процессов проведения внешнего целеуказания, индикации целей и важных объектов непосредственно в полях зрения (на экранах видео-смотровых устройств (ВСУ)) прицелов и приборов наблюдения с цифровыми оптико-электронными каналами образцов БТВ. При внешнем целеуказании с индикацией осуществляют приём информации извне от других объектов (другой боевой машины подразделения звена, например командирской, или системы управления звеном, системы или средства разведки, системы управления или разведки и т.п.) и выводят информацию о местоположении целей и важных объектов в реальном масштабе времени на экран планшета, отображающего навигационную и тактическую информацию. Принимаемые данные целеуказания содержат по крайней мере трёхмерные координаты (

,

и

) g-х целей и важных объектов (во внешней системе координат W) и их типы (например, бронеобъект, танкоопасная живая сила, низколетящая малоподвижная цель и т.п.). Также получают данные о направлениях их движения и скоростях во внешней системе координат (СК) W, времени последнего обновления информации о цели или важном объекте т.п. Для всех принятых g-х целей и важных объектов записывают векторы

. Согласно данным по целеуказанию наносят соответствующие графические маркеры (тактические знаки) на цифровую карту местности планшета отображения навигационной и тактической информации. Вычисляют углы

поворота башни боевой машины на указанные g-е цели и важные объекты. Для каждого j-го прицела, для которого может быть проведено целеуказание, вычисляют матрицы

положения СК их оснований относительно начала СК боевой машины (БМ). Вычисляют матрицу

положения СК БМ в СК W

. Для каждой камеры (оптико-электронной части) j-го прицела рассчитывают матрицу положения

, определяющую текущее (в реальном масштабе времени) положение и ориентацию СК

камеры j-го прицела относительно СК

его основания. Матрицу положения

вычисляют как произведение матриц

где q - количество промежуточных матриц, определяемое конструкцией прицела. В каждую промежуточную матрицу включают матрицу поворота

и (или) вектор переноса

определяющие положения и ориентацию промежуточных (зависимых) СК элементов j-го прицела, в своей совокупности задающих положение и ориентацию СК

камеры j-го прицела относительно СК

его основания. При этом для вычисления всех коэффициентов матриц

(в зависимости от конструкции прицела) используют данные с датчиков ориентации головного модуля или головного зеркала (ГЗ) прицела, а также координат и ориентации СК

камеры в прицеле относительно СК

основания прицела или его ГЗ. Вычисляют вектор

координат g-й цели или важного объекта в СК

камеры j-го прицела. Масштабируют координаты g-й цели или важного объекта в СК

камеры j-го прицела в плоскость изображения Imgj, для чего рассчитывают коэффициент проекции sj. Составляют проекционную матрицу Sj. Пересчитывают значения координат вектора

. Вычисляют матрицы внутренних параметров Kj камер (оптико-электронных частей) j-х прицелов, для каждой g-й цели или важного объекта и j-го прицела вычисляют вектор

, содержащий пиксельные координаты (номер столбца

и номер строки

) точек

положения центров графических маркеров Qq на изображениях Imgj видеосмотровых устройств (ВСУ) j-х прицелов. Для каждой g-й цели или важного объекта отображают на изображениях Imgj ВСУ j-х прицелов соответствующий типу цели графический маркер Qq, например, в форме рамки, выделяющей местоположение изображения цели в поле зрения j-го прицела. Если пиксельные координаты g-й цели или важного объекта выходят за границы изображения Imgj, т.е.

и/или

, то графический маркер Qq отображают на ВСУ в уменьшенном размере, например, в форме тактического знака вдоль края изображения Imgj в той строке или столбце, которые своими значениями не вышли на границы изображения. При принятии решения о наведении вооружения на g-ю цель подают команды наведения на привод горизонтального стабилизатора вооружения до момента отработки угла

на цель, после чего вырабатывают сигналы наведения для приводов горизонтального и вертикального наведения до тех пор, пока пиксельные координаты g-й цели не станут равны пиксельным координатам положения центральной прицельной марки j-го прицела. При передаче целеуказания обнаруженные цели или важные объекты указывают на экране ВСУ j-го прицела, например, путём наведения центральной прицельной марки на цель или объект и подаче команды на передачу цели, или путём нажатия на область экрана ВСУ, где находится цель или объект, если ВСУ имеет сенсорный дисплей, в любом случае по номеру столбца

и номеру строки

, соответствующим изображению цели или важного объекта на изображении Imgj, записывают вектор

и отображают соответствующий графический маркер Qq на экране ВСУj-го прицела. Измеряют дальность

до g-й цели или важного объекта любым доступным способом, например с помощью штатного лазерного дальномера j-го прицела. Преобразуют вектор

из пиксельной СК изображения Imgj в трёхмерную СК камеры. Масштабируют координаты вектора

из плоскости изображения Imgj, для чего рассчитывают значение коэффициента проекции

. Составляют проекционную матрицу Sj. Рассчитывают векторы координат

. Преобразуют координаты цели из СК

камеры j-го прицела в СК W. Одновременно отображают соответствующие графические маркеры Qq (тактические знаки) на цифровую карту местности графического планшета (отображения навигационной и тактической информации) и передают вектор

с координатами цели на приёмопередающую аппаратуру для дальнейшей передачи, например, на другие БМ подразделения, систему управления тактическим звеном, систему разведки и т.п. Обеспечивается многоцелевое и точное ВЦУ в реальном масштабе времени как по находящимся в зоне прямой видимости, так и за её пределами и укрытиями объектам при минимальной зависимости результата целеуказания от сложности фоноцелевой обстановки, интенсивности боя, а также качеств и подготовки экипажа БМ. 5 ил.

Description

Изобретение относится к области бронетанкового вооружения (БТВ) и может быть использовано для автоматизации процессов проведения внешнего целеуказания и индикации целей, а также важных объектов на танках, боевых машинах пехоты и десанта, бронетранспортёрах, артиллерийских системах и наземных роботизированных, в том числе автономных и дистанционно управляемых разведывательно-ударных комплексах военного назначения, и т.п. Изобретение рассчитано прежде всего на современные образцы БТВ с системами управления огнём, оснащёнными электронно-вычислительными машинами и прицелами с цифровыми оптико-электронными каналами.

Модернизация и разработка новых образцов БТВ неминуемо связаны с появлением новых, более совершенных, развитых, высокоавтоматизированных систем управления огнём, 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.

Можно разделить способы внутреннего и внешнего целеуказания. Под способами внутреннего целеуказания понимается 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 (ВЦУ) наоборот характеризуются тем, что информация о целях и важных объектах поступает извне, от другого образца БТВ, например, командирской боевой машины (БМ), а также системы разведки, системы управления боем и т.д., и т.п.

В настоящее время существующими способами ВЦУ, применяемыми на образцах БТВ, являются «контрастно-визуальный», «контрастно-лучевой», «ориентирный» и «координатный» способы.

При проведении ВЦУ «контрастно-визуальным» способом, местоположение цели на местности указывают трассерами, разрывами снарядов, а также при помощи реактивных сигнальных патронов и т.п. («Огневая подготовка мотострелковых подразделений» г. Москва, МО РФ, ГУ БП СВ; «Учебник сержанта ВДВ», кн. 2, стр. 515-525).

Достоинством данного способа является то, что за счёт визуальных эффектов (трассерные следы, разрывы и т.п.) значительно может быть сокращено время на поиск целей в полях зрения приборов наблюдения и прицелов экипажем образца БТВ.

Вместе с тем проведение ВЦУ «контрастно-визуальным» способом может быть эффективным только в условиях относительно простой фоноцелевой обстановки. В условиях же активного боя, когда по противнику ведут огонь различные средства, то большое количество разрывов снарядов и трассеров дезориентирует экипажи танков. Кроме того, танковые приборы наблюдения имеют ограниченное поле зрения, и экипаж может воспринять ВЦУ, если разрывы снарядов или трассеры окажутся в поле зрения его приборов. Ещё одним недостатком данного способа является отсутствие возможности скрытного проведения целеуказание. Кроме этого необходим прямой визуальный контакт образца БТВ с целью или важным объектом, так как невозможно указать цель, которая скрыта за лесом, зданиями и т.п. Данный способ обладает низкой пропускной способностью и практически непригоден к автоматизации.

«Контрастно-лучевой» способ целеуказания заключается в подсветке цели одним из видов излучения, например, электромагнитным, в частности лазером, светом, радиолокационным сигналом и т.п. При этом на борту объекта должна быть аппаратура, обеспечивающая приём отражённого сигнала от целей, и определения направлений на них. К данному способу целеуказания можно отнести применение прожекторов в период Великой отечественной войны для подсветки авиации противника в ночном небе. В настоящее время целеуказание«контрастно-лучевым» способом применяется в основном в системах наведения управляемого оружия, например, для наведения ракет в зенитно-ракетных комплексах с помощью РЛС (Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник /Ширман Я.Д., Москвитин С.В., Горшков С.А., Леховицкий Д.И., Левченко Л.С./ под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: ЗАО «МАКВИС», 1998. С.81-88) или с помощью лазерных дальномеров-целеуказателейв артиллерии(Оружие и технологии России: Энциклопедия. XXI век. Москва: Научно-техническое издание, 2005. С. 325-328).

Самый главный недостаток данного способа заключается в том, что он является «активным», т.е. облучаемый объект, может с помощью соответствующей аппаратуры засечь подсветку и принять меры по противодействию. Кроме этого, система, которая отвечает за «подсветку» цели должна работать в связке с объектом, который должен эту цель поражать. Это затрудняет применение единой системы управления боем тактического подразделения, в том числе для автоматического распределения целей между БМ.

Сущность «ориентирного» способа заключается в определении направления на цель или важный объект относительно БМ («Огневая подготовка мотострелковых подразделений» г. Москва, МО РФ, ГУ БП СВ; «Учебник сержанта ВДВ», кн. 2, стр. 515-525). При этом направление на цель или важный объект задают 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 передают голосом по радиоканалу.

Недостатками «ориентирного» способа ВЦУ являются:

низкая пропускная способность канала передачи информации в связи с подачей команд голосом по средствам связи;

необходимость прямого визуального контакта с целью или важным объектом;

зависимость временных затрат на приём целеуказания от обученности и выучки экипажаБМ;

необходимость после проведения ВЦУ на каждую цель или важный объект осуществления их поискаи обнаружения в полях зрения прицелов членами экипажа, в частности командиром БМи затем наводчиком.

Из уровня техники известен способ управления огнём бронетанковой техники (Патент RU 2603750 C2, F41G 3/00, 2014 г.), который можно рассматривать в качестве аналога, как более совершенную версию «ориентирного» способа. Сущность данного способа заключается в согласовании линии визирования прицела наводчика с линией визирования прибора целеуказания командира взвода (роты) в момент выполнения целеуказания. Отличается способ тем, что позволяет осуществлять целеуказание нескольким объектам бронетанковой техники «наведением прибора в цель», но при нахождении должностного лица (командира взвода, роты), дающего целеуказание, вне бронеобъекта.

Вместе с этим, этот способ целеуказания позволяет получать ВЦУ только от должностного лица (управляющего огнём). Единовременно позволяет давать целеуказание одному образцу БТВ только на одну цель. В случае выявления новых целей другими БМ и/или средствами разведки осуществить передачу (или распределение) целеуказания между собой или передачу целей управляющему огнём данный способ не позволяет. Кроме этого, к недостаткам данного способа можно отнести необходимость прямого визуального контакта должностного лица (управляющего огнём) с целью, и потери времени на поиск целей в полях зрения прицелов, даже с учётом того, что способ при реализации позволит автоматически сориентировать поля зрения прицелов в сторону указанной цели. ВЦУ данным способом не может быть проведено системно, когда для множества разведанных целей осуществляется одновременное распределение огня для различных средств поражения, в частности образцов БТВ, на поле боя.

При проведении ВЦУ «координатным» способом, данные о целях указываются экипажу образца БТВ непосредственно на карте боевых действий. Как правило ВЦУ данным способом проводится заблаговременно перед началом боевых действий («Огневая подготовка мотострелковых подразделений» г. Москва, МО РФ, ГУ БП СВ; «Учебник сержанта ВДВ», кн. 2, стр. 515-525). Что в меняющейся тактической обстановке на поле боя делает его малоэффективным.

Однако применение современных вычислительных средств обработки, передачи и отображения информации позволяет проводить ВЦУ«координатным» способом по защищённым каналам связи в режиме реального времени непосредственно во время активных боевых действий. Так вся фоноцелевая обстановка может отображаться на графическом планшете. Там же может отображаться навигационная информация, а также информация о своих подразделениях и задаче боя. Данный способ наиболее совершенен по сравнению с аналогами, может быть осуществлён скрытно, за счёт применения защищённых каналов связи. Обладает высокой пропускной способностью. Экипаж БМ может принимать информацию по целям с графического планшета, так и указывать обнаруженные цели на графическом планшете для дальнейших передачи и отображения данных в системе ВЦУ подразделения и т.п.

Наиболее современной системой управления с применением вычислительных средств обработки, передачи и отображения информации в функционал которой в том числе входит проведение ВЦУ «координатным» способом является единая система управления тактическим звеном (ЕСУ ТЗ) [Найдено в Интернет: https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=ЕСУ_ТЗ&oldid=95873490]. Таким образом реализация «координатного» способа ВЦУ, предусматривающая приём информации извне от других объектов, системы управления или разведки и т.п. и вывод информации о местоположении целей и важных объектах в реальном масштабе времени на экран (дисплей) графического планшета (отображения навигационной и тактической информации)образца БТВ выбрана в качестве прототипа заявленного способа.

Недостатком данного способа является необходимость проведения визуального поиска и обнаружения каждой цели и важного объекта через прицелы и приборы наблюдения образца БТВ. При чём, если на знакомой местности и при сравнительно невысокой интенсивности боя у экипажа на каждую цель может уходить от единиц до десятка секунд, при условии, что цель имеет чёткий контраст с местностью, то в сложной фоноцелевой обстановке на незнакомой местности при интенсивном бое на каждую цель может тратиться время, измеряемое минутами. Заметим ещё один недостаток, заключающийся в том, что даже с учётом автоматической передачи информации по цели и «подсвечиванием» её положения на цифровой карте графического планшета, время поиска и обнаружения цели для дальнейшего её поражения зависит от субъективных качеств, слаженности и подготовки членов экипажа БМ. При этом если оператор, например, командир образца БТВ, неправильно сориентируется на местности, то достаточно высока вероятность допущения ошибки при выборе «подсвеченной» цели для поражения.

Таким образом основная задача, на решение которой направлен заявленный способ, заключается в обеспечении многоцелевого и точного ВЦУ в реальном масштабе времени как по находящимся в зоне прямой видимости, так и за её пределами и укрытиями объектам при минимальной зависимости результата целеуказания от сложности фоноцелевой обстановки, интенсивности боя, а также качеств и подготовки экипажа БМ.

Решение данной задачи определяется осуществлением такого целеуказания «координатным» способом, при котором все цели и важные объекты будут кроме цифровой карты графического планшета (отображения навигационной и тактической информации) ещё дополнительно выделяться непосредственно в полях зрения (на экранах видео-смотровых устройств (ВСУ)) прицелов и приборов наблюдения образцов БТВ. Тем самым будут минимизированы области поиска целей и важных объектов оператором на изображениях прицелов и приборов наблюдения. Пример такого выделения показан на чертеже (фиг. 1), где представлен вариант внешнего вида некоторого j-го прицела, его ВСУ и графического планшета (отображения тактической и навигационной информации). Иллюстрируется отображение фоноцелевой обстановки на цифровой карте планшета, отображение графических маркеров выделения целей и важных объектов на экране ВСУ. При этом если цели или важные объекты находятся за пределами поля зрения прицела, то информация о них может выводиться по краям изображения ВСУ в уменьшенном виде, например, в виде тактических знаков.

Основными техническими результатами, обеспечиваемыми приведённой совокупностью признаков, являются:

значительное сокращение времени на поиск и обнаружение целей через прицелы и приборы наблюдения образца БТВ при приёме ВЦУ;

сокращение времени на передачу ВЦУ на другие объекты или/и систему управления боем и т.п.;

возможность указывать непосредственно в полях зрения прицелов и приборов наблюдения не только цели, но и прочие важные объекты, а также районы сосредоточения, районы развёртывания колонн, места нахождения пунктов управления и прочую тактическую информацию;

возможность проведения ВЦУ целей и важных объектов, которые находятся за пределами визуальной видимости, что позволяет проводить целеуказание до выхода подразделения БТВ на огневой рубеж, и соответственно заранее перегруппироваться согласно целевой обстановке, осуществлять целераспределение и заряжание согласно типам поражаемых целей, а при выходе на поле боя не тратить «драгоценное» время на поиск и обнаружение целей, а сразу приступать к их поражению.

Дополнительным результатом можно указать простоту и наглядность приёма и передачи целеуказания для членов экипажа образца БТВ, что снижает требования к их уровню обученности. А также то, что вывод необходимой тактической информации непосредственно в поле зрение прицела (экран ВСУ) может существенно помогать командирам БМ лучше ориентироваться на незнакомой местности.

Прицелы современных образцов бронетанкового вооружения как правило имеют оптико-электронную часть, предназначенную для преобразования невидимого для человеческого глаза излучения в электрический сигнал, на основании которого затем формируется видимое для оператора изображение. На сегодняшний день в составе прицелов бронетанкового вооружения наиболее распространены тепловизионные оптико-электронные части (тепловизоры), также активно применяются приборы ночного видения и телевизионные камеры.

При этом независимо от спектрального диапазона, в котором работает прицел, любая его оптико-электронная часть имеет объектив, предназначенный для формирования резкого изображения и фотоприёмное устройство (ФПУ) для преобразования излучения в электрический сигнал. В современном исполнении роль ФПУ как правило выполняют фото-матрицы, например, ПЗС, ПЗИ, или болометрические.

Это позволяет оптико-электронную часть любого прицела рассматривать как некоторую видеокамеру (Фиг. 2) K_j, где j - индекс, указывающий на принадлежность к соответствующему прицелу, например, j=К для прицела командира (ПК), j=Н для прицела наводчика (ПН) или j=КН для прицела-дублёра наводчика (ПДН) К_НД и т.д., в которой получаемое с неё цифровое изображение Img_j может быть отождествлено с реальным физическим изображением, сфокусированным её объективом в задней фокальной плоскости на ФПУ.

Цифровые изображения Img_j получаемые с камер прицелов, состоят из пикселей. Каждый пиксель характеризуется значением, которое состоит из полутонового значения или цветового значения. В полутоновых изображениях значение пикселя представляет собой одну величину, которая характеризует яркость пикселя. Наиболее общим форматом описания пикселя является байт изображения, в котором значение пикселя представлено восьмиразрядным целым числом, лежащим в диапазоне возможных значений от 0 до 255. Как правило, значение пикселя, равное нулю, используют для обозначения чёрного пикселя, а значение 255 используют для обозначения белого пикселя. Промежуточные значения описывают различные оттенки полутонов. В цветных изображениях для описания каждого пикселя (расположенного в цветовом пространстве размерности RGB – красный, зелёный, синий) должны быть отдельно определены красная, зелёная и синяя компоненты. Иными словами, значение пикселя фактически представляет собой вектор, описанный тремя числами. Три различные компоненты могут быть сохранены как три отдельных полутоновых изображения, известные как цветовые плоскости (по одной для красного, зелёного и синего цветов), которые можно воссоединять при отображении или при обработке.

Под СК камеры K_j понимают СК

начало которой

располагается в оптическом центре объектива камеры K_j, ось

которой направлена вдоль оптической оси объектива, ось

– вдоль строк, а ось

– вдоль столбцов ФПУ, при этом плоскость

должна быть параллельна плоскостям размещения ФПУ и изображения Img_j (Фиг. 2).

При этом размеры пикселей изображения Img_j (Фиг. 2) принимают равными в соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях физическим размерам

и

фотоячеек (пикселей) ФПУ камеры j-го прицела, при этом значения

и

задают из технических данных ФПУ камеры K_j, или определяют в процессе её внутренней калибровки. Изображения Img_j принимают размещёнными на фокусных расстояниях f_j объективов этих камер (соответственно, в положительных направлениях осей

СК

этих камер), при этом значение f_j задают из технических данных объектива, применяемой камеры, или определяют в процессе её внутренней калибровки. Геометрические размеры изображения Img_j и его горизонтальное N_j и вертикальное M_j разрешение, приравниваемое к размерам ФПУ (фото-матрицы), задают из технических данных используемого ФПУ или определяют в результате внутренней калибровки камеры.

В случае допущения погрешностей при производстве оптико-электронной части прицела (камеры), при которых ФПУ может своим геометрическим центром не совпадать с оптической осью объектива камеры (Фиг. 2), различают следующие величины

,

– это расстояния, соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях, между геометрическими центрами ФПУ

и центром изображения

формируемого объективом камеры K_j, при этом значения

и

задают из технических данных камеры, или определяют в процессе её внутренней калибровки.

Если в поле зрения камеры j-го прицела камеры находится объект

(Фиг. 2), то на цифровом изображении Img_j изображению

этого объекта будет соответствовать пиксель, положение которого на изображении Img_j будет характеризоваться номером строки

и столбца

в пиксельной системе координат ФПУ.

Прицелы, применяемые на образцах бронетанкового вооружения, как правило, применяются модульной или перископической конструкции.

В прицелах модульной конструкции камера располагается в надброневом пространстве БМ в головном блоке прицела. Изменение поля зрения, а также стабилизация в них реализуется за счёт приводов самой камеры или всего блока целиком.

Классическая конструкция перископического прицела с оптико-электронным каналом предполагает размещение камеры таким образом, чтобы оптическая ось её объектива была направлена снизу-вверх на качающееся головное зеркало (ГЗ) прицела. ГЗ располагается внутри головного блока прицела в надброневом пространстве. Камера располагается под углом (как правило 45°) к плоскости зеркала в заброневом пространстве образца вооружения.

Под СК j-го прицела (Фиг. 2, Фиг. 3), понимается СК

жёстко связанная с его основанием, которым прицел закрепляется на образце БТВ.

Для описания положения камеры K_jв j-ом прицеле может применена матрица положения(эвклидово преобразование)

,

где

– матрица поворота размерностью 3×3, рассчитываемая по количеству пространственных поворотов СК

камеры K_j относительно СК

основания j-го прицела;

– вектор переноса, содержащий трёхмерные координаты начала СК

камеры K_j относительно СК

основания j-го прицела.

Положение каждого прицела также может быть описано соответствующими матрицами положения

, определяющими положение и ориентацию СК

основании j-ых прицелов относительно СК БМ

.

В целом значения

и

определяются из технической документации на прицелы и по значениям датчиков поворота. Но при этом порядок расчёта данных коэффициентов будет определяться ещё и конструктивным исполнением прицела.

СК БМ

связана с центром вращения башни танка в плоскости её погона(Фиг. 3). Ось

направлена вдоль корпуса, ось

– вертикально вверх, а ось

– в сторону левого бронелиста. В результате плоскость

должна быть параллельна горизонтальной плоскости корпуса БМ. Положение и ориентация СК БМ

может быть определено матрицей положения

, содержащей в свою очередь матрицу поворота

и вектор переноса

. При этом координаты вектора переноса

задаются по данным с навигационной системы и определяют положения начала СК БМ

, а для определения ориентации осей СК БМ используют данные с датчика компаса и датчиков курса, крена и тангажа БМ. При этом датчик курса даст сигнал с углом

, а датчик компаса – с углом

, сумма которых определит текущую ориентацию оси

относительно направления на север, датчик крена – сигнал по ориентации оси

(угол

) а датчик крена – сигнал по ориентации оси

(угол

) в СК W.При этом последовательность вычисления матрицы ориентации

должна определяться размещением датчиков курса, крена и тангажа, например, в заявленномспособе принято, что пространственные углы задаются в следующей последовательности

.

Обрабатывающая система, являющаяся, например, удалённым компьютером, таким как ноутбук или персональный компьютер (рабочая станция), должна обеспечивать выбор пользователем изображений и/или ввод команд обработки, приём изображений с камер K_j, дальнейшую их автоматическую обработку с вычислением положения графических маркеров на цифровой карте местности графического планшета(отображения навигационной и тактической информации) и в полях зрения прицелов, а также выработку соответствующих сигналов наведения для каналов вертикального и горизонтального наведения (ВН и ГН) стабилизатора вооружения и сигналов управления для наведения центральной прицельной марки (ЦПМ) прицелов на цели. Кроме этого должна обеспечивать приём и обработку сигналов с навигационной системы, датчиков углов прицелов, датчиков курса, крена и тангажа, а также с датчика компаса, а также приём и передачу сигналов с информацией о координатах целей на приёмно-передающею аппаратуру.

Обрабатывающая система может быть выполнена как отдельное (съёмное) оборудование для ВЦУ, а также может быть встроена в СУО или комплекс вооружения и являться, например, частью прицельно-наблюдательного комплекса СУО образца БТВ. Обрабатывающая система должна содержать исполняемые модули или команды с возможностью выполнения по меньшей мере одним процессором, память для хранения данных, пользовательский интерфейс, содержащий один несколько дисплеев, таких как жидкокристаллические мониторы для просмотра видеоданных и устройство управления и ввода данных, такое как клавиатура или указательное устройство (например, манипулятор типа «мышь», шаровой указатель, стилус, сенсорная панель или другое устройство), для обеспечения взаимодействия пользователя (оператора) с видеоданными. В качестве дисплеев также могут использоваться ВСУ прицела и графический планшет отображения навигационной и тактической информации образца БТВ. Введение сигналов управления с обрабатывающей системы в приводы ВН и ГН стабилизатора вооружения СУО может быть реализовано путём подачи этих сигналов в блок управления стабилизатора вооружения или непосредственно в цепи пультов управления наводчика или командира в режиме дублирования.

Сущность изобретения поясняется чертежами, которые не охватывают и тем более не ограничивают весь объем притязаний данного изобретения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения, на которых:

на фиг. 1 иллюстрируется вариант внешнего вида прицела, графического планшета и ВСУ прицела, с отображаемыми фоноцелевой обстановкой на цифровой карте планшета, графических маркеров выделения целей и важных объектов на экранах ВСУ и графического планшета;

на фиг. 2 показано взаимное положение СК камеры j-го прицела относительно его основания и размещение снимаемого с камеры цифрового изображения, а также иллюстрируется взаимосвязь между положением объекта во внешней СК и его цифровым изображением в пиксельной СК;

на фиг. 3 иллюстрируется взаимосвязь и вариант размещения СК j-ых прицелов с СК БМ и внешней (мировой) CKW, в которой определены координаты цели;

на фиг. 4 иллюстрируется сущность преобразований и взаимосвязь между целями и их положением на изображениях камер j-ых прицелов;

на фиг. 5 проиллюстрирована последовательность обработки информации заявленным способом при приёме и передаче целеуказания.

Осуществляют заявленный способ следующим образом(фиг. 5).

Принимают с камер (оптико-электронных частей)j-ых прицелов, например, камер прицела командира и прицела наводчика, цифровые изображения Img_j.

Принимают с навигационной системы БМ данные, содержащие трёхмерные координаты (

,

,

) начала СКБМ во внешней (мировой) СК W.

С датчика компаса принимают данные (угол

) об ориентации оси

СК БМ относительно направления на север.

С датчиков, курса, тангажа и крена и БМ принимают данные, содержащие значения углов (соответственно,

,

и

) ориентации осей СК башни БМ относительно осей СК W.

С датчиков прицелов принимают данные о действующих значениях фокусных расстояний f_j объективов камер j-ых прицелов БМ, данных датчиков угла об ориентации головных блоков прицелов (если прицелы имеют модульную конструкцию) или рам головных зеркал (если прицелы имеют перископическую конструкцию) в горизонтальной плоскости

и данные об ориентации головных блоков прицелов с камерами (если они имеют модульную конструкцию) или головных зеркал (если прицелы имеют перископическую конструкцию) в вертикальной плоскости

Из памяти обрабатывающей системы принимают данные о внутренних параметрах камер j-ых прицелов, а именно значения горизонтальных и вертикальных разрешений фотоприёмных устройств в горизонтальной N_j и вертикальной M_j плоскостях, расстояние между геометрическим центрами фотоприёмных устройств и центрами изображений, формируемых объективами камер j-ых прицелов в горизонтальной

и вертикальной

плоскостях, физические размеры фотоячеек (пикселей) фотоприёмных устройств камер j-ых прицелов соответственно, в горизонтальной

и вертикальной

плоскостях, а также данные о положениях и ориентациях СК оснований j-ых прицелов относительно СК БМ, а также данные о координатах положения камеры и вспомогательных (дополнительных, промежуточных) СК прицелов.

При приёме целеуказания принимают от внешнего источника (другой БМ подразделения, например, командирской, или системы управления звеном, системы или средства разведки) данные о целеуказании, содержащие, по крайней мере, трёхмерные координаты (

,

и

) g-ых целей и важных объектов (относительно начала СК W) и их типы (например, бронеобъект, танкоопасная живая сила, низколетящая малоподвижная цель и т.п.). Кроме этого могут быть получены данные о направлениях их движения и скоростях в СК W, времени последнего обновления информации о цели или важном объекте т.п.

Для всехпринятых g-ых целей и важных объектов записывают векторы

(1)

Согласно данным по целеуказанию наносят соответствующие графические маркеры (тактические знаки) на цифровую карту местности графического планшета(отображения навигационной и тактической информации).

Вычисляют углы

поворота башни на указанные g-ые цели и важные объекты

(2)

Для каждого j-го прицела, для которого может быть проведено целеуказание, вычисляют матрицы

положения систем координат их оснований относительно начала СК БМ

(3)

где

- углы, соответственно, в горизонтальной, вертикальной и поперечной плоскостях ориентации осей СК основания j-го прицела относительно осей СК БМ;

- трёхмерные координаты положения начала СК

основания j-го прицела в СК

БМ.

Вычисляют матрицу

положения СК БМ в СК W

, (4)

где

Для каждой камеры (оптико-электронной части) j-го прицела рассчитывают матрицу положения

, определяющую текущее (в реальном масштабе времени) положение и ориентацию СК

камеры j-го прицела относительно СК

его основания.

При этом в общем случае матрица положения

может быть рассчитана как произведение матриц

где q - количество промежуточных матриц, определяемое конструкцией прицела, а каждая промежуточная матрица

содержит матрицу поворота

и (или) вектор переноса

определяющие положения и ориентацию промежуточных (зависимых) СК элементов j-го прицела, в своей совокупности задающих положение и ориентацию СК

камеры j-го прицела относительно СК

его основания.

При этом для вычисления всех коэффициентов матриц

(в зависимости от конструкции прицела), используют данные с датчиков ориентации головного модуля или головного зеркала прицела, а также координат и ориентации СК

камеры в прицеле относительно СК

основания прицела или его ГЗ.

Так, например, если прицел имеетмодульную конструкцию, предусматривающую неподвижное размещение камеры внутри головного блока прицела размещённого в свою очередь на кардановых подвесах и стабилизированного в двух плоскостях с углами прокачки в вертикальной и горизонтальной плоскости, соответственно

и

, тогда

; (5)

где

- матрица положения, определяющая переход от СК

основания j-го прицела к промежуточной СК1 O_K1X_K1Y_K1Z _К1, находящейся в головном блоке прицела, на оси O_K1X_K1 которой находится камера, и этаже ось совпадает с осью вращения (прокачки) в вертикальной плоскости головного блока, а ось O_K1Y_K1 совпадает с осью вращения головного блока прицела в горизонтальной плоскости;

,

,

– трёхмерные координаты промежуточной СК O_K1X_K1Y_K1Z_K1 относительно СК

основания прицела;

– матрица положения, позволяющая развернуть промежуточную СК1 O_K1X_K1Y_K1Z _К1 на угол

поворота головного блока прицела в вертикальной плоскости и перейти к СК

камеры прицела;

,

,

– трёхмерные координаты СК

камеры относительно промежуточной СК O_K1X_K1Y_K1Z_K1 прицела;

– матрица положения, позволяющая развернуть СК

камеры прицела на угол

поворота головного блока прицела в горизонтальной плоскости.

Если прицел имеетперископическую конструкцию, предусматривающую неподвижное размещение камеры внутри прицела, и изменение ориентации поля зрения прицела за счёт прокачки ГЗ в вертикальной и горизонтальной плоскостях на углы

и

, то

; (6)

где

- матрица положения, содержащая трёхмерные координаты (

,

,

) центра вращения ГЗ в СК

камеры прицела;

– матрица положения, определяющая поперечный поворот поля зрения камеры прицела при повороте головного зеркала в горизонтальной плоскости на угол

;

– матрица положения, определяющая вертикальный поворот поля зрения камеры прицела при повороте головного зеркала в вертикальной плоскости на угол

;

– матрица положения, определяющая горизонтальный поворот поля зрения камеры прицела при повороте ГЗ в горизонтальной плоскости на угол

и переход от СК

основания прицела к СК

камеры.

Вычисляют вектор

координат g-ой цели или важного объекта в СК

камеры j-го прицела

(7)

Масштабируют координаты g-ой цели или важного объекта в СК

камеры j-го прицела в плоскость изображения Img_j, для чего:

рассчитывают коэффициент проекции s_j

; (8)

составляют проекционную матрицу S_j

(9)

пересчитывают значения координат вектора

.(10)

Вычисляют матрицы внутренних параметров K_j камер (оптико-электронных частей) j-ых прицелов

(11)

Для каждой g-ой цели или важного объекта и j-го прицела вычисляют вектор

, содержащий пиксельные координаты (номер столбца

и номер строки

) точек

положения центров графических маркеров Q_q на изображениях Img_j ВСУ j-ых прицелов (Фиг. 4)

(12)

где

.

Для каждой g-ой цели или важного объекта отображают на изображениях Img_j ВСУ j-го прицелов соответствующий типу цели графический маркер Q_q, например, в форме рамки, выделяющей местоположение изображения цели в поле зрения j-го прицела, как показано на чертежах (Фиг. 1, Фиг. 4).При этом если пиксельные координаты g-ой цели или важного объекта выходят за границы изображения Img_j, т.е.

и/или

, то графический маркер Q_q отображают на ВСУ в уменьшенном размере, например, в форме тактического знака вдоль края изображения Img_j в той строке или столбце, которые своими значениями не вышли на границы изображения.

При принятии решения о наведения вооружения на g-ую цель подают команды наведения на привод ГН стабилизатора вооружения до момента отработки угла

на цель. После чего вырабатывают сигналы наведения для приводов ГН и ВН до тех пор, пока пиксельные координаты g-ой цели не станут равны пиксельным координатам положения ЦПМ j-го прицела.

При передаче целеуказания (Фиг. 5) обнаруженные цели или важные объекты указывают на экране ВСУ j-го прицела, например, путём наведения ЦПМ на цель или объект и подаче команды на передачу цели, или путём нажатия на область экрана ВСУ где находится цель или объект, если ВСУ имеет сенсорный дисплей, в любом случае по номеру столбца

и номеру строки

, соответствующим изображению цели или важного объекта на изображения Img_j, записывают вектор

, и отображают соответствующий графический маркер Q_q на экране ВСУ j-го прицела.

Измеряют дальность

до g-ой цели или важного объекта, любым доступным способом, например, с помощью штатного лазерного дальномера j-го прицела.

Преобразуют вектор

из пиксельной СК изображения Img_j в трёхмерную СК камеры

(13)

Масштабируют координаты вектора

из плоскости изображения Img_j, для чегорассчитывают значение коэффициента проекции

согласно выражения (8), записывают проекционную матрицу

согласно выражения (9) и рассчитывают вектора

координат

.(14)

Преобразуют координаты цели из СК

камеры j-го прицела в СК W

(15)

Одновременно отображают соответствующие графические маркеры Q_q (тактические знаки) на цифровую карту местности графического планшета(отображения навигационной и тактической информации) и передают вектор

с координатами цели на приёмопередающую аппаратуру для дальнейшей передачи, например, на другие БМ подразделения, систему управления тактическим звеном, систему разведки и т.п.

Claims (59)

1. Способ внешнего целеуказания с индикацией целей для образцов бронетанкового вооружения, заключающийся в приёме информации извне от других объектов - другой боевой машины подразделения звена, например командирской, или системы управления звеном, системы или средства разведки, системы управления или разведки и т.п. и выводе информации о местоположении целей и важных объектах в реальном масштабе времени на экран - дисплей графического планшета отображения навигационной и тактической информации образца бронетанкового вооружения, отличающийся тем, что при приёме целеуказания принимают от внешнего источника - другой боевой машины подразделения, например командирской, или системы управления звеном, системы или средства разведки данные о целеуказании, содержащие, по крайней мере, трёхмерные координаты (

   

   ,

   

   и

   

   ) g-х целей и важных объектов во внешней системе координат W и их типы - например бронеобъект, танкоопасная живая сила, низколетящая малоподвижная цель и т.п., кроме этого, могут получать данные о направлениях их движения и скоростях во внешней системе координат (СК) W, времени последнего обновления информации о цели или важном объекте т.п., для всех принятых g-х целей и важных объектов записывают векторы
2. 

   согласно данным по целеуказанию наносят соответствующие графические маркеры - тактические знаки на цифровую карту местности графического планшета отображения навигационной и тактической информации, вычисляют углы

   

   поворота башни боевой машины на указанные g-е цели и важные объекты
3. 
4. для каждого j-го прицела, для которого может быть проведено целеуказание, вычисляют матрицы

   

   положения СК их оснований относительно начала СК боевой машины (БМ)

   

   ,
5. где

   

   
6. 

   
7. 

   
8. 

   
9. 
10. 

    - углы, соответственно, в горизонтальной, вертикальной и поперечной плоскостях ориентации осей СК основания j-го прицела относительно осей СК БМ;
11. 

    - трёхмерные координаты положения начала СК

    

    основания j-го прицела в СК O_БМХ_БМY_БМZ_БМ БМ,
12. вычисляют матрицу

    

    положения СК БМ в СК W

    
13. 

    ,
14. где

    
15. 
16. 

    
17. 
18. 
19. 

    

    
20. для каждой камеры оптико-электронной части j-го прицела рассчитывают матрицу положения

    

    , определяющую текущее - в реальном масштабе времени - положение и ориентацию СК

    

    камеры j-го прицела относительно СК

    

    его основания,
21. при этом в общем случае матрицу положения

    

    вычисляют как произведение матриц

    

    где q - количество промежуточных матриц, определяемое конструкцией прицела, а в каждую промежуточную матрицу

    

    включают матрицу поворота

    

    и (или) вектор переноса

    

    определяющие положения и ориентацию промежуточных - зависимых СК элементов j-го прицела, в своей совокупности задающих положение и ориентацию СК

    

    камеры j-го прицела относительно СК

    

    его основания, при этом для вычисления всех коэффициентов матриц

    

    в зависимости от конструкции прицела используют данные с датчиков ориентации головного модуля или головного зеркала (ГЗ) прицела, а также координат и ориентации СК

    

    камеры в прицеле относительно СК

    

    основания прицела или его ГЗ, так, например, если прицел имеет модульную конструкцию, предусматривающую неподвижное размещение камеры внутри головного блока прицела, размещённого в свою очередь на кардановых подвесах и стабилизированного в двух плоскостях с углами прокачки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, соответственно

    

    и

    

    , тогда

    

    ;
22. где

    

    - матрица положения, определяющая переход от СК

    

    основания j-го прицела к промежуточной СК1 О_К1X_К1Y_К1Z _К1, находящейся в головном блоке прицела, на оси О_К1X_К1 которой находится камера, и эта же ось совпадает с осью вращения - прокачки в вертикальной плоскости головного блока, а ось О_К1Y_К1 совпадает с осью вращения головного блока прицела в горизонтальной плоскости;
23. 

    ,

    

    ,

    

    - трёхмерные координаты промежуточной СК О_К1X_К1Y_К1Z_К1 относительно СК

    

    основания прицела;
24. 

    - матрица положения, позволяющая развернуть промежуточную СК1 О_К1X_К1Y_К1Z _К1 на угол

    

    поворота головного блока прицела в вертикальной плоскости и перейти к СК

    

    камеры прицела;
25. 

    ,

    

    ,

    

    - трёхмерные координаты СК

    

    камеры относительно промежуточной СК О_К1X_К1Y_К1Z_К1 прицела;
26. 

    - матрица положения, позволяющая развернуть СК

    

    камеры прицела на угол

    

    поворота головного блока прицела в горизонтальной плоскости, если прицел имеет перископическую конструкцию, предусматривающую неподвижное размещение камеры внутри прицела, и изменение ориентации поля зрения прицела за счёт прокачки ГЗ в вертикальной и горизонтальной плоскостях на углы

    

    и

    

    , то
27. 

    ;
28. где

    

    - матрица положения, содержащая трёхмерные координаты (

    

    ,

    

    ,

    

    ) центра вращения ГЗ в СК

    

    камеры прицела;
29. 

    - матрица положения, определяющая поперечный поворот поля зрения камеры прицела при повороте ГЗ в горизонтальной плоскости на угол

    

    ;
30. 

    - матрица положения, определяющая вертикальный поворот поля зрения камеры прицела при повороте ГЗ в вертикальной плоскости на угол

    

    ;
31. 

    - матрица положения, определяющая горизонтальный поворот поля зрения камеры прицела при повороте ГЗ в горизонтальной плоскости на угол

    

    и переход от СК

    

    основания прицела к СК

    

    камеры, вычисляют вектор

    

    координат g-й цели или важного объекта в СК

    

    камеры j-го прицела
32. 

    ,
33. масштабируют координаты g-й цели или важного объекта в СК

    

    камеры j-го прицела в плоскость изображения Img_j, для чего:
34. рассчитывают коэффициент проекции s_j
35. 

    ;
36. составляют проекционную матрицу S_j
37. 
38. пересчитывают значения координат вектора

    
39. 

    ,
40. вычисляют матрицы внутренних параметров K_j камер - оптико-электронных частей j-х прицелов
41. 

    ,
42. для каждой g-й цели или важного объекта и j-го прицела вычисляют вектор

    

    , содержащий пиксельные координаты - номер столбца

    

    и номер строки

    

    точек

    

    положения центров графических маркеров Q_q на изображениях Img_j видеосмотровых устройств (ВСУ) j-х прицелов
43. 
44. где

    

    ,
45. для каждой g-й цели или важного объекта отображают на изображениях Img_j ВСУ j-х прицелов соответствующий типу цели графический маркер Q_q, например, в форме рамки, выделяющей местоположение изображения цели в поле зрения j-го прицела, как показано на чертежах, при этом если пиксельные координаты g-й цели или важного объекта выходят за границы изображения Img_j, т.е.

    

    и/или

    

    , то графический маркер Q_q отображают на ВСУ в уменьшенном размере, например, в форме тактического знака вдоль края изображения Img_j в той строке или столбце, которые своими значениями не вышли на границы изображения,
46. при принятии решения о наведения вооружения на g-ю цель подают команды наведения на привод горизонтального стабилизатора вооружения до момента отработки угла

    

    на цель, после чего вырабатывают сигналы наведения для приводов горизонтального и вертикального наведения до тех пор, пока пиксельные координаты g-й цели не станут равны пиксельным координатам положения центральной прицельной марки j-го прицела,
47. при передаче целеуказания обнаруженные цели или важные объекты указывают на экране ВСУ j-го прицела, например, путём наведения центральной прицельной марки на цель или объект и подаче команды на передачу цели, или путём нажатия на область экрана ВСУ, где находится цель или объект, если ВСУ имеет сенсорный дисплей, в любом случае по номеру столбца

    

    и номеру строки

    

    , соответствующим изображению цели или важного объекта на изображении Img_j, записывают вектор

    

    и отображают соответствующий графический маркер Q_q на экране ВСУ j-го прицела,
48. измеряют дальность

    

    до g-й цели или важного объекта любым доступным способом, например с помощью штатного лазерного дальномера j-го прицела,
49. преобразуют вектор

    

    из пиксельной СК изображения Img_j в трёхмерную СК камеры
50. 
51. масштабируют координаты вектора

    

    из плоскости изображения Img_j, для чего рассчитывают значение коэффициента проекции

    
52. 

    ;
53. составляют проекционную матрицу S_j
54. 
55. рассчитывают векторы координат

    
56. 

    ,
57. преобразуют координаты цели из СК

    

    камеры j-го прицела в СК W
58. 
59. одновременно отображают соответствующие графические маркеры Q_q - тактические знаки на цифровую карту местности графического планшета отображения навигационной и тактической информации и передают вектор

    

    с координатами цели на приёмопередающую аппаратуру для дальнейшей передачи, например, на другие БМ подразделения, систему управления тактическим звеном, систему разведки и т.п.

Images