Теория и проектирование датчиков, приборов и систем
УДК 62-52:623.422.5
НАШЛЕМНАЯ СИСТЕМА ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ И ИНДИКАЦИИ НА БАЗЕ КООРДИНАТОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ФОТОПРИЕМНИКА "МУЛЬТИСКАН"
В.К. Феофанов, П.П. Парамонов, В.Д. Суслов, Ю.И. Сабо
Рассмотрена нашлемная автоматизированная система целеуказания "Мультискан", основанная на использовании позиционно-чувствительных ИК-датчиков. Показаны различные преимущества системы, предназначенной для оснащения самолетов и вертолетов ВВС в XXI в.
Нашлемная система целеуказания и индикации (НСЦИ) — одна из наиболее совершенных систем авиационной электроники, предназначенных для управления оружием современных истребителей и вертолетов.
В отличие от систем, использующих для управления оружием коллиматорные авиационные индикаторы, она не требует доворота летательного аппарата (J1A) в направлении цели и обеспечивает прицеливание управляемого оружия в направлениях, не совпадающих со строительной осью J1A. При прицеливании пилоту необходимо совместить с целью прицельную метку, индицируемую с помощью коллиматорной подсистемы индикации, жестко закрепленной на шлеме, и осуществить пуск оружия. Этот способ дает возможность существенно сократить время прицеливания и обеспечить преимущество в воздушном бою с J1A, не оснащенными НСЦИ, а также обеспечить быстрое поражение наземных целей и уход от средств противовоздушной обороны противника.
Сегодня НСЦИ разрабатываются и производятся многими зарубежными фирмами, такими как "Sextant Avionics" (Франция), "Elbit" (Израиль), "Kayser Electronics", "GEC-Marconi Avionics" (обе США) и др.
На вооружении Российских ВВС также имеется нашлемная система целеуказания (НСЦ) "Щель" и ее модификации, разработаные в 80-х годах и производимые на Украине АО "Арсенал", т. е. в ближнем зарубежье.
Учитывая сказанное, в ОКБ "Электроавтоматика" (Санкт-Петербург) в 1998 г. были начаты инициативные работы по разработке российского варианта НСЦИ.
Обобщенная структурная схема НСЦИ представлена на рисунке.
В НСЦИ должны входить следующие основные подсистемы: подсистема позиционирования шлема; подсистема индикации; блок управления.
Подсистема позиционирования шлема обеспечивает постояное измерение и выдачу в блок управления по-
тока данных, позволяющих рассчитывать и выдавать в систему управления оружием текущие угловые координаты шлема (азимут и угол места) в реальном времени. Работа подсистемы позиционирования может базироваться на различных физических принципах: электромеханических, электромагнитных, гироскопических, световых и др. Наибольшее распространение получили системы, использующие инфракрасное (ИК) излучение или электромагнитное поле постоянного или переменного тока.
Подсистема индикации обеспечивает индикацию прицельной метки, информацию о состоянии оружия, а также пилотажных и других символах на полупрозрачном отражательном элементе (зеркале или призме), жестко закрепленном на шлеме и расположенном в непосредственной близости от глаза пилота. Кроме того, с помощью подсистемы индикации в условиях плохой видимости может индицироваться информация, поступающая от системы низкоуровнего телевидения или оптиколокационной системы. В наиболее совершенных подсистемах индикации информация может выводиться на два отражательных элемента, обеспечивая бинокулярное изображение. Выводимое изображение должно быть коллимировано в бесконечность, а яркость выводимого изображения должна регулироваться автоматически и обеспечивать его восприятие как в условиях очень высокой (до 100 ООО лк), так и в условиях очень низкой внешней освещенности (единицы люкс).
Блок управления, как правило, представляет собой бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ) со специализированными устройствами ввода/вывода, обеспечивающими работу подсистем позиционирования и индикации.
Основной задачей, поставленной при разработке НСЦИ в ОКБ "Электроавтоматика", была прежде всего задача разработать НСЦ, идентичную системе "Щель"
2
Sensors & Systems • № 8.2001
Обобщенная структурная схема НСЦИ
и ее модификациям по точностным характеристикам, габаритно-присоединительным размерам и бортовой схеме соединения. Кроме того, была поставлена задача сохранить габаритные размеры, конфигурацию и массу нашлемной части подсистем позиционирования и индикации для того, чтобы исключить необходимость дорогостоящих дополнительных испытаний шлема ЗШ-7 в аэродинамической трубе и в летных условиях.
Исходя из этих начальных условий, для сохранения габаритов, конфигурации и массы нашлемной части НСЦИ нами, также как и в НСЦ "Щель", в качестве основного физического принципа работы подсистемы позиционирования был выбран ИК принцип. При этом нашлемное визирное устройство, аналогичное НВУ-7 изделия "Щель", излучает импульсы И К света, которые принимаются двумя линейными координаточувстви-тельными датчиками, расположенными на коллиматор-ном авиационном индикаторе ИЛС или КАИ. В качестве излучателей импульсов И К света используются три мощных ИК светодиода типа ЗЛ12ЭА, работающих в импульсном режиме поочередно. Рабочее пятно ИК света от каждого светодиода концентрируется на поверхности координаточувствительных датчиков с помощью щелевой оптики. Координаточувствительный датчик представляет собой кремниевый фоточувствительный прибор, разработанный во ФТИ РАН им. акад. А.А. Иоффе (Санкт-Петербург), и имеет условное название "Мультискан". Основные физические принципы и способы управления координаточувствительными датчиками изложены в публикациях разработчиков этих датчиков [1—3]. Данный прибор не имеет зарубежных аналогов и является патенточистым изделием.
Координаточувствительные датчики размещаются в миниатюрных блоках, жестко закрепленных на кол-лиматорном индикаторе. Электронная схема управления, находящаяся в этих блоках, обеспечивает выдачу в блок управления текущих координат центров пятен ИК света, возникающих при работе мощных ИК светоди-одов нашлемного устройства, в виде последовательного кода по ГОСТ18977^97 на частоте 50 Кбит/с. Частота выдачи каждой из координат 100 Гц.
Индикационная часть нашлемного визирного устройства имеет некоторые отличия от НВУ-7. В качестве индикационного устройства используется миниатюрный светодиодный индикатор с мощным излучением. Его использование позволяет существенно увеличить надежность индикации, а также снизить потребляемую и рассеиваемую мощности. В процессе выполнения ра-
бот нами также был изготовлен экспериментальный образец нашлемного устройства с более информативным индикатором на субминиатюрной ЭЛТ, который был продемонстрирован на международном авиакосмическом салоне " МАКС 99" и получил высокую оценку летного состава Российских ВВС. Габаритно-массовые характеристики этого образца нашлемного визирного устройства не превышали аналогичных характеристик НВУ-7 изделия "Щель". Однако для принятия окончательного решения о введении в НСЦИ индикационного устройства на базе субминиатюрной ЭЛТ требуется провести большой объем дополнительных эргономических и медицинских исследований в НИИ космической и авиационной медицины МО РФ.
Блок управления НСЦИ включает в свой состав:
• вычислительный модуль на базе 32-х разрядного RISC микроконтроллера IDT3081 с тактовой частотой 50 МГц;
• модуль ввода/вывода последовательных кодов и разовых команд по ГОСТ18977^97;
• модуль управления мощными ИК светодиодами ЗЛ12ЭА и миниатюрным светодиодным индикатором;
• модуль питания.
Программное обеспечение НСЦИ разработано на языке высокого уровня С++.
В процессе работы созданы методики калибровки координаточувствительных датчиков; методики привязки датчиков к строительной оси летательного аппарата; разработано и изготовлено необходимое технологическое оборудование.
Основными проблемами, решаемыми в процессе разработки, были задачи получения необходимой точности и устойчивости НСЦИ к воздействию внешних факторов, в т. ч. к влиянию внешней солнечной засветки на точность НСЦИ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Подласкин Б. Г., Токранова Н. А., Чеботарев К. Е., Чекула-ев Е. А. Фильтрация медианы оптического сигнала на фоне мощных посторонних засветок с помощью фотоприемника мультискан // Журнал технической физики. 1995. Т. 65. Вып. 8. С. 104... 110.
2. Подласкин Б. Г., Токранова Н. А. Влияние продольного электрического поля на ошибку определения координат оптического сигнала в фотоприемнике мультискан // Журнал технической физики. 1996. Т. 66. Вып. 9. С. 178...182.
3. Подласкин Б. Г., Романова Е. П., Юферев В. С. Математическая модель мультискана. Общая теория // Журнал технической физики. 1992. Т. 62. Вып. 10. С. 126... 137.
Владимир Константинович Феофанов — гл. техн. специалист;
Павел Павлович Парамонов — директор;
Владимир Дмитриевич Суслов — гл. конструктор;
Юрий Иванович Сабо — гл. конструктор.
ОКБ "Электроавтоматика", 198095, Санкт-Петербург, ул. М.
Гэворова д. 40.
® (095) 252-02-94
E-mail: Suslov@elavt.spb.ru □
Датчики и Системы • № 8.2001
3
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.