автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Методы и средства повышения эффективности гирооптических систем управления объектом

Введение

Глава 1. Гирооптические системы управления оружием.

1.1. Основные принципы управления оружием на подвижных 10 носителях.

1.2. Обобщенная функциональная схема гирооптических систем управления оружием.

1.3. Методы и средства стабилизации линий прицеливания в системах управления оружием.

Выводы по 1-й главе.

Глава 2. Имитационное моделирование гирооптических сис- 34 тем управления оружием.

2.1. Методы и средства имитационного моделирования.

2.2. Алгоритмы имитационного моделирования.

2.3. Оценка достоверности результатов имитационного моде- 53 лирования.

2.4. Имитационная модель гирооптической системы управле- 57 ния оружием.

2.5. Имитационное моделирование зеркально-призменных сис- 61 тем в динамике. ц Выводы по 2-ой главе.

Глава 3. Система управления оружием для легкобронирован- 69 ных машин.

3.1. Формирование концепции и требований к системе управ- 69 ления оружием для легкобронированных машин.

3.2. Модернизация базового прибора 1ПЗ

3.3. Имитационное моделирование гирооптической системы 91 управления линией прицеливания.

3.4 Лазерный дальномер-целеуказатель.

Выводы по 3-й главе.

Как показал боевой опыт последних десятилетий легкобронированные машины (БМП, БМД, БТР и MP) имеют наиболее массовое применение в ограниченных боевых действиях и других локальных конфликтах, характерных для современной международной обстановки во всем мире. Поэтому ЛБМ в условиях новой отечественной оборонной доктрины и развития международных отношений имеют тенденцию к преимущественному развитию. Повышение боевых возможностей ЛБМ путем обновления существующего парка новыми машинами в ближайшее время проблематично по экономическим причинам, поэтому остро стоит вопрос о модернизации этой техники в части приборного переоснащения, что отвечает новой оборонной доктрине России. Современные требования по точности, предъявляемые к системам управления оружием для легкобронированных машин, реализация которой при наличии внешних механических возмущений (работа в реальном масштабе времени и в динамике при точности прицеливания не хуже бОугл.сек.) весьма проблематична, если учитывать эффективность СУО в соответствии со следующим соотношением

РхСя

Э = -—, где Р- вероятность поражения цели; Св - стоимость вы

Сц стрела; Сц — стоимость поражаемой цели.

Таким образом, вопросы модернизации ЛБМ в части приборного оснащения являются актуальной проблемой.

В свете принятия новой оборонной доктрины России модернизация легкобронированных машин возможна по следующим направлениям:

1. Создание многофункциональных всепогодных комплексированных высокоточных ГСУО в модульном исполнении, не требующих значительных переделок существующего комплекса вооружения и других сборочных единиц внутри боевого отделения ЛБМ.

2. Повышение уровня автоматизации систем управления оружием.

3. Повышение точности систем стабилизации линии прицеливания в ГСУО.

4. Расширение функциональных возможностей оптических систем ГСУО. ш

5. Применение в ЛБМ автоматизированных высокоточных ГСУО как в виде наружных управляемых платформ с круговым наведением и для монтажа на них различных модулей оптоэлектронных приборов, так и встроенных в прибор систем стабилизации изображения.

6. Разработка методов и средств имитационного моделирования на этапе проектирования ГСУО.

В диссертационной работе разрабатываются методы и средства повышения эффективности ГСУО методами математического имитационного моделирования.

Применение имитационного моделирования ГСУО оправдано в сле-w дующих случаях:

• познания ГСУО по частям;

• упрощения аналитической модели поведения и прогнозирования ГСУО;

• наблюдения за поведением компонент ГСУО за определенный период;

• контролирования процессов в ГСУО в реальном масштабе времени и в определенной последовательности;

• отсутствия достаточной априорной информации о процессах, происходящих в ГСУО;

• анализа поведения ГСУО при добавлении, замене или удалении каких-либо ее частей;

• при подготовке операторов ГСУО.

Несмотря на то, что вопросам моделирования информационно-измерительных и управляющих систем, к которым относятся и ГСУО, посвящено ряд работ [9,13,19,33,36,50^-54], тем не менее, для рассматриваемых в работе систем, у которых исходная для работы информация лежит в оптическом диапазоне длин волн, вопросы применения математического имитационного моделирования практически не освещены.

В этой связи целью диссертационной работы является разработка путей повышения эффективности гирооптических систем управления оружием для легкобронированных военных машин.

Таким образом, диссертационная работа «Методы и средства повышения эффективности гирооптических систем управления объектом», базирующаяся на использовании современных методов проектирования и ставящая своей целью повышение эффективности ГСУО является актуальной.

Методы исследования. Решение рассматриваемых в диссертационной работе задач базируется на применении:

• методов исследования операций;

• методах математического моделирования;

• теории вероятностей;

• методах автоматизированного проектирования технических объектов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Обобщенная функциональная схема ГСУО.

2. Рекомендации по средствам стабилизации линий прицеливания в ГСУО для ЛБМ.

3. Имитационная модель ГСУО в виде активируемых блоков и на основе этой модели разработан алгоритм имитационного моделирования.

4. Способ лучевого наведения управляемого объекта и устройство для его осуществления.

Практическая ценность работы полученных результатов заключается в следующем:

1. Рекомендации по средствам стабилизации линий прицеливания в ГСУО для ЛБМ.

2. Алгоритм имитационного моделирования зеркально-призменных систем в динамике.

3. Концепция и требования к системам управления оружием для ЛБМ.

4. Результаты модернизации базового прибора 1ПЗ, отвечающего современным требованиям, предъявляемым к ЛБМ.

5. Результаты имитационного моделированиия гирооптической системы управления линией прицеливания в 1ПЗС.

6. Дальномер-целеуказатель на основе импульсного твердотельного двухчастотного лазера.

Во введении обоснована актуальность исследований сформулированы основные научные и практические результаты, выносимые на защиту, приведена структура работы.

В первой главе в результате анализа научно-технической информации рассмотрены основные принципы управления оружием на подвижных носителях, разработана обобщенная функциональная схема гирооптиче-ских систем управления оружием, проанализированы и предложены для реализации методы и средства стабилизации линий прицеливания в системах управления оружием.

Во второй главе рассмотрены методы и средства имитационного моделирования. Предложен алгоритм и модель имитационного моделирования ГСУО. Обоснован способ просмотра активностей как наиболее приемлемый для имитационного моделирования ГСУО. Поскольку центральным моментом при проведении имитационного моделирования является оценка достоверности разработанной модели, то есть степень соответствия имитационной модели и исходной ГСУО, для которой создавалась эта модель, то для идентификации характеристик ГСУО обосновано применение критерия оценки минимума среднеквадратичной ошибки рассогласования между линией визирования и направлением на цель.

Предложен алгоритм имитационного моделирования зеркально-призменных систем в динамике, ориентированный на проектирование управляемых подвижных оптических элементов, применяемых в ГСУО.

В третьей главе сформирована концепция и требования к ГСУО для ЛБМ. Проанализированы тенденции развития гирооптических систем управления оружием с учетом особенностей легкобронированных машин, являющихся основным потребителем модернизируемого базового прицела 1ПЗ для ЛБМ. Приведены результаты модернизации базового прицела 1ПЗ, отвечающего современным требованиям, предъявляемым к ЛБМ. Приведены результаты имитационного моделированиия гирооптической системы управления линией прицеливания в модернизированном 1ПЗ в соответствии со способом просмотра активностей. При модернизации ГСУО для ЛБМ были предложены новые технические решения по лазерному дальномер-целеуказателю на основе импульсного двухчастотного лазера, который помимо измерения дистанции обеспечивает управление полетом снаряда. В частности было учтено, что наибольший практический интерес представляет генерация безопасного для глаз излучения в интервале А,=1,53.1,55 мкм с возможностью генерации и на основной длине Хя =1,064 мкм. Длина волны безопасного диапазона получается как первая стоксовая компонента излучения 1,32-1,35 мкм лазеров на кристаллах ИАГ, ГГГ и КГБ.

В заключении приведены основные результаты исследований. Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на XXXII (февраль 2003г.) и XXXIII (февраль 2004г.) конференциях профессорско-преподавательского состава СПб ГУИТМО.

Результаты проведенных исследований были применены при выполнении работ, связанных с созданием прицела 1ПЗ-С на ОАО «ВОМЗ», а именно:

• Рекомендации по средствам стабилизации линии прицеливания в системах управления оружием.

• Алгоритм имитационного моделирования гирооптических систем управления оружием.

• Дальномер-целуказатель на основе импульсного твердотельного двухчастотного лазера и способ лучевого наведения снаряда-Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Структура работы. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка из 58 наименований, содержит 116 страниц основного текста, 34 рисунков и 10 таблиц.

Выводы по 3-й главе.

1. Сформирована концепция и требования к системе управления оружием для легкобронированных машин.

2. Проанализированы тенденции развития гирооптических систем управления оружием с учетом особенностей легкобронированных машин, являющихся основным потребителем модернизируемого прицела.

3. Приведены результаты модернизации базового прибора 1ПЗ, отвечающего современным требованиям, предъявляемым к ЛБМ.

4. Приведены результаты имитационного моделированиия гироопти-ческой системы управления линией прицеливания в модернизированном 1ПЗ в соответствии со способом просмотра активностей.

5. Способ лучевого наведения управляемого объекта и устройство для его осуществления.

6. Лазерный дальномер-целеуказатель на основе импульсного твердотельного двухчастотного лазера.

Заключение.

В результате проведенных исследований получены следующие результаты:

1. Предложена обобщенная функциональная схема гирооптических систем управления оружием.

2. Рекомендации по средствам стабилизации линий прицеливания в системах управления оружием для легко бронированных машин.

3. Предложена имитационная модель гирооптической системы управления оружием активируемых блоков и на основе этой модели разработан алгоритм математического имитационного моделирования.

4. Алгоритм имитационного моделирования гирооптической системы управления оружием в соответствии с имитационным моделированием непосредственно алгоритмами функционирования блоков.

5. Алгоритм имитационного моделирования зеркально-призменных систем в динамике.

6. Концепция и требования к системе управления оружием для легкобронированных машин.

7. Тенденция развития гирооптических систем управления оружием с учетом особенностей легкобронированных машин, являющихся основным потребителем модернизируемого прицела.

8. Результаты модернизации базового прибора 1ПЗ, отвечающего современным требованиям, предъявляемым к ЛБМ.

9. Результаты имитационного моделирования гирооптической системы управления линией прицеливания в модернизированном 1ПЗ в соответствии со способом просмотра активностей(см. 2.2 в гл.2).

Ю.Способ лучевого наведения управляемого объекта и устройство для его осуществления.

11. Дальномер-целеуказатель на основе импульсного твердотельного двухчастотного лазера.

1.А., Суздаль В.Г. Поиск объектов. // М.: Советское радио, 1977г., 336с.

2. Автоматизация проектирования вычислительных систем. Языки, моделирование и базы данных /Под ред. М.Брейера; Пер. с англ. Е.Е.Маховой, В.Г.Меркулова, О.Ф.Мясина; Под ред. Л.Д.Райкова. -М.: Мир, 1979г., 463с.

3. Автоматическая стабилизация оптического изображения. Под общей ред.Еськова Д.Н. и Новикова В.А. Л.Машиностроение, 1988, 240 с.

4. Ананьев И.Н. Основы устройства прицелов. М.: Воен.изд-во МВС СССР, 1947,440с.

5. Астапов А.П., Васильев Д.В., Заложнев Ю.И. Теория оптико-электронных следящих систем. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988г. 328с.

6. Бабаев А.А. Стабилизация оптических приборов. Машиностроени-ие.Лен.отд. 1975,190с.

7. Батков A.M., Горский А.А., Левитин В.Ф., Федосов Е.А. и др. Проектирование систем наведения, М.: Машиностроение, 1975г., 296с.

8. Бранец В.Н., Шмыглевский И.П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука. Гл.ред. физ.мат. лит. 1973,320с.

9. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978,400с.

10. Виноградов Ю.Н., Демин А.В., Коршунов А.И. Имитационная модель стабилизатора изображения.

11. Власов Ю.Б., Савин Н.С. Исследование влияния неидентичности каналов на динамику непосредственного гиростабилизатора. -Вопросы прикладной гироскопии. Межвуз.сб. Вып. И 7. ЛЭТИ им.В.И.Ульянова(Ленина), 1977, с. 146-152.

12. Грейм И. А., Стендер П.В. Расчет систем плоских зеркал. Изд. Сзпи.1969г.

13. Гроп Д. Методы идентификации систем. М.: Мир, 1979г., 302с.

14. Демин А.В. Некоторые особенности применения клиновых компенсаторов при построении двухкоординатных углоизмерительных приборов.//Сб.ст.М.: ЦНИИ информации, 1976, с.66-70.

15. Демин А.В., Димитров Н.Е., Петров И.В. Алгоритм управления двухзеркальной системой.// Изв.вузов. Сер. Приборостроение ТХХ1Х, 1988, №3,с.83-89.

16. Демин А.В., Копорский Н.С., Коршунов А.И. Имитационное моделирование оптических приборов со встроенной системой стабилизации изображения.// Научно-технический Вестник Вып.№ 6, СПб ГИТМО(ТУ), 2002г., с.138-143.17