оптический прицел

Формула изобретения

Оптический прицел, содержащий оптически сопряженные объектив, спектроделитель, прицельную сетку и окуляр, оптически сопряженные лазер с блоком управления и передающую оптическую систему, фотоприемное устройство, оптически сопряженное со спектроделителем, и связанный с блоком управления лазером измеритель дальности, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные накопитель, подключенный своим входом к выходу фотоприемного устройства, и пороговое устройство, один выход которого соединен с вторым входом измерителя дальности, а другой выход с входом блока управления лазером, блок управления установленной на сетке прицельной меткой, подключенный своим входом к выходу измерителя дальности, а выходом к прицельной метке, первый перемножитель, подключенный входом к выходу измерителя дальности, последовательно соединенные формирователь временного интервала, измеритель временного интервала, счетный вход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов, второй перемножитель, сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого перемножителя, интегратор и аналого-цифровой преобразователь, подключенный к второму входу блока управления прицельной меткой, при этом второй вход второго перемножителя подключен к выходу интегратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптико-электронной технике и может быть использовано в оружейных прицелах.

Известен винтовочный прицел по заявке Великобритании N 2187353 (МПК G 01 S 17/88, G 01 C 3/04, 1987), взятый в качестве прототипа и содержащий оптически сопряженные объектив, светоделитель, сетку, состоящую из подвижного перекрестия, и окуляр, а также твердотельный лазер с блоком управления, передающую оптическую систему и датчик опорного импульса, последовательно соединенные фотоприемное устройство, оптически сопряженное со светоделителем, измеритель дальности, второй вход которого подключен к выходу датчика опорного импульса, и индикатор дальности. Оператор, снимая отсчет дальности, с помощью ручки управления, положения которой проградуировано по шкале дальности, перемещает горизонтальную нить подвижного перекрестия сетки на соответствующую величину.

Использование дальномера с твердотельным лазером, требующим для своей работы высоковольтного импульсного напряжения, вызывает необходимость применения специального блока питания со значительным энергопотреблением. Это приводит к увеличению габаритов и массы оптического прицела, снижает безопасность его применения. Существует опасность поражения глаз оператора и окружающих оптическим излучением твердотельного лазера. Снятие отсчета дальности и приведение в соответствие с ней угла прицеливания с помощью ручки управления увеличивает время подготовительных работ, снижает эффективность стрельбы по неподвижным целям и не позволяет вести прицельную стрельбу по движущейся цели.

Задачи изобретения: упростить конструкцию прицела; уменьшить массу, габариты и энергопотребление; повысить безопасность применения прицела; обеспечить высокую точность стрельбы по неподвижной и движущейся в любом направлении цели.

Поставленные задачи достигаются тем, что в оптический прицел, содержащий оптически сопряженные объектив, спектроделитель, прицельную сетку и окуляр, оптически сопряженные лазер с блоком управления и передающую оптическую систему, фотоприемное устройство, оптически сопряженное со спектроделителем, и связанный с блоком управления лазером измеритель дальности, введены последовательно соединенные накопитель, подключенный своим входом к выходу фотоприемного устройства, и пороговое устройство, один выход которого соединен со вторым входом измерителя дальности, а другой выход со входом блока управления лазером, блок управления установленной на сетке прицельной меткой, подключенный своим входом к выходу измерителя дальности, а выходом к прицельной метке, первый перемножитель, подключенный входом к выходу измерителя дальности, последовательно соединенные формирователь временного интервала, измеритель временного интервала, счетный вход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов, второй перемножитель, сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого перемножителя, интегратор и аналого-цифровой преобразователь, подключенный ко второму входу блока управления прицельно меткой, при этом второй вход которого перемножителя подключен к выходу интегратора. При этом в прицеле использован маломощный полупроводниковый лазер, не требующий большой мощности потребления и высоковольтного напряжения, опасного для пользователя. Энергия излучения полупроводникового лазера не опасна как для глаз пользователя, так и окружающих. Габариты и масса полупроводникового лазера значительно меньше соответствующих параметров твердотельного лазера. Это позволяет упростить конструкцию прицела, уменьшить его габариты и массу. Мгновенная корректировки положения прицельной метки в соответствии с измеренной дальностью и углом упреждения позволяет вести прицельную стрельбу как по неподвижной, так и по движущейся цели.

На фиг. 1 приведена схема определения угла упреждения, а на фиг. 2 - функциональная схема оптического прицела.

Оптический прицел содержит (фиг.2) объектив 1, окуляр 2, сетку 3, формирователь 4 временного интервала, лазер 6 с блоком управления 5, измеритель временного интервала 7, генератор 8 счетных импульсов, передающую оптическую систему 9, измеритель дальности 10, спектроделитель 11, фотоприемное устройство 12, накопитель 13, пороговое устройство 14, перемножитель 15 и 17, сумматор 16, интегратор 18, аналого-цифровой преобразователь 19 и блок 20 управления прицельной меткой.

Для обоснования схемы обработки сигнала в рассматриваемом оптическом прицеле определим вначале, как зависит угол упреждения от других параметров, которые легко можно найти. Пусть цель, находящаяся в точке А (фиг.1), движется со скоростью V_ц под некоторым углом q по отношению к наблюдателю, находящемуся в точке О. Чтобы учесть скорость цели, стрельбу необходимо вести с некоторым углом упреждения v, предполагая, что цель от момента выстрела и до момента встречи с пулей движется прямолинейно и равномерно. При таком предположении точку встречи можно найти из упредительного треугольника АОС. В этом треугольнике ОС есть упрежденная дальность, равная произведению средней скорости V_ср полета пули на время t_упр ее полета, а АС расстояние, пройденное целью за время t_упр. Можно показать, что



В полученной формуле (1) произведение V_цsinq является неизвестной величиной. Для ее нахождения рассмотрим треугольник АОВ, в котором АВ расстояние, пройденное целью за фиксированный интервал t, в течение которого она переместится в пределах поля зрения на угол . Если же в момент окончания временного интервала Dt измерена дальность до цели, т.е. ОВ=D, то из треугольника АОВ находим



После подстановки выражения (2) в формулу (1), находим



Заменяя синусы малых углов и значениями этих углов в радианах, получим для угла упреждения v следующую зависимость



Как следует из формулы (4), для нахождения угла упреждения необходимо измерить временной интервал Dt, в течение которого цель переместится в пределах поля зрения прицела на заданный угол , а в момент окончания временного интервала Dt получить информацию о дальности D до цели. Средняя скорость V_ср полета пули, зависящая от дальности, типа применяемого оружия и боеприпаса, считается величиной постоянной. Поэтому формула (4) может быть приведена к виду



где k_o= /v_ср параметр, являющийся некоторой константой, зависящей от дальности, типа применяемого прицела, оружия и боеприпаса.

Полученная функциональная зависимость (5) угла упреждения от параметров D и Dt используется в предложенном оптическом прицеле.

Оптический прицел работает следующим образом. Оператор, наблюдая через оптически сопряженные объектив 1 и окуляр 2, обнаруживает цель, регистрирует направление ее движения и совмещает боковую метку сетки 3 прицела с целью, создавая оружию некоторое упреждение. В момент совмещения боковой метки сетки 3 с целью оператор легким прикосновением к сенсору запускает формирователь 4 временного интервала t. Удерживая оружие с прицелом в прежнем положении, оператор регистрирует момент достижения целью центра поля зрения прицела (перекрестия) и легким прикосновением к другому сенсору выдает команду на формирователь 4 на возвращение его в исходное состояние, а также в блок 5 на запуск лазера 6. Выработанный формирователем 4 импульс длительностью t поступает на измеритель 7 временного интервала, на счетный вход которого поступают импульсы, выработанные генератором 8. Измеренный временной интервал t в цифровом коде используется далее для определения угла упреждения.

По команде, поступающей в блок 5 управления в момент окончания временного интервала t, в нем формируется периодическая последовательность импульсов тока постоянной амплитуды и длительности, поступающая на полупроводниковый лазер 6. Под воздействием импульсов накачки лазер 6 вырабатывает периодическую последовательность оптических импульсов, которая с помощью передающей оптической системы 9 испускается в направлении цели. В момент излучения каждого из импульсов периодической последовательности осуществляется обнуление измерителя дальности 10 и его запуск на последующий период.

Отраженные от цели лазерные импульсы объективом 1 направляются на спектроделитель 11, прозрачный для видимого излучения и являющийся зеркалом для инфракрасного излучения, испускаемого полупроводниковым лазером 6. Отраженные от спектроделителя 11 импульсы инфракрасного излучения в фотоприемном устройстве 12 преобразуются в электрический сигнал, а затем последовательно подаются в накопитель 13, который может быть выполнен аналогично прототипу. Сглаженный выходной сигнал накопителя 13 поступает на пороговое устройство 14, где происходит сравнение накопленного импульса с некоторым пороговым уровнем. В результате сравнения в пороговом устройстве 14 формируется импульс, который поступает на второй ход измерителя 10 дальности. Одновременно с этим выработанный в пороговом устройстве импульс сравнения поступает на управляющий вход блока 5 управления лазером 6 и вызывает в нем прекращение формирование импульсов накачки для полупроводникового лазера 6. Временной интервал между моментом излучения последнего оптического импульса и импульсом сравнения пропорционален дальности D до цели.

В процессе измерения дальности и определения углов упреждения и прицеливания оператор, удерживая цель в центре поля зрения, прицела, сопровождает цель.

Измеренное значение дальности поступает на перемножитель 15, на другой вход которого в соответствии с формулой (5) подается параметр k_o= /v_ср в виде электрического сигнала. Результирующий сигнал, пропорциональный произведению k_oD, в аналоговой форме подается на сумматор 16, где сравнивается с выходным сигналом другого перемножителя 17, в котором измеренный временной интервал t умножается на напряжение обратной связи U_oc. На выходе сумматора 16 формируется напряжение сравнения



которое поступает на интегратор 18 и управляет напряжением обратной связи U_oc таким образом, чтобы напряжение на выходе сумматора 16 было равно нулю. В этом случае



и, следовательно, напряжение обратной связи



пропорционально углу упреждения . Это напряжение в аналого-цифровом преобразователе 19 преобразуется в цифровую форму и подается в блок 20 управления прицельной меткой по горизонтали. Одновременно с этим на другой вход блока 20 подается сигнал, пропорциональный дальности до цели.

В блоке 20 по известной дальности D до цели определяется угол прицеливания

_o = kD 10^-5, (9)

где k коэффициент, зависящий от начальной скорости V [м/с] полета пули (т. е. от типа применяемого оружия и боеприпаса) и произведения баллистического коэффициента пули на дальность D [м] Значения этого коэффициента обычно приводятся в баллистических таблицах. Однако в ряде случаев [cм. например, Наставления по стрелковому делу, М. Воениздат, 1973, с. 240] для определенной массы пули и начальной скорости ее полета приводятся таблицы зависимости угла прицеливания _o от дальности D.

В предлагаемом оптическом прицеле изменение угла прицеливания и угла упреждения в соответствии с измеренной дальностью и угловой скоростью перемещения цели может осуществляться либо посредством плавного перемещения прицельной марки по вертикали и горизонтали, либо путем подключения соответствующем метки. Плавное изменение положения прицельной марки можно получить при использовании в блоке 20 вычислителя, в который должна быть заведена градуировочная характеристика, отражающая зависимость угла прицеливания _o от дальности D для данного типа оружия и боеприпаса. Затем по измеренному значению дальности с помощью градуировочной характеристики снимается отсчет угла прицеливания. Этот сигнал пропорционален положению прицельной марки по вертикали. Положение же прицельной марки по горизонтали задается сигналом, соответствующим углу упреждения. Эти два ортогональных сигнала в блоке 20 подаются на привод прицельной марки, осуществляющий ее механическое перемещение (например, с помощью электромагнитов).

При дискретном изменении положения прицельной метки из всего диапазона измеряемых расстояний выбирают несколько информационных значений дальности, интервал между которыми должен обеспечивать для конкретного типа оружия и боеприпаса необходимую и достаточную точность стрельбы по определенной цели. Для выбранных информационных значений дальности по формуле (4) для конкретного типа цели (лось, кабан) вычисляют значения углов упреждения (ось абсцисс), а по формуле (9), либо с использованием специальных таблиц для данного типа оружия и боеприпаса определяют значения углов прицеливания (ось ординат). Вычисленные значения координат точек прицеливания по неподвижной и движущейся цели выставляются на сетке 3 с помощью прицельных меток, в качестве которых может использоваться, например, жидкокристаллический индикатор. Другой возможный вариант набор светящихся меток в виде светодиодов, излучением которых можно наблюдать непосредственно или вывести его через световолокно на сетку 3 прицела. В блоке 20 вычисленные значения углов упреждения и прицеливания округляются до соответствующих значений координат близлежащей прицельной метки и вырабатывается команда на подключение ее к питающему напряжению.

Прицельная сетка 3 выполнена из оптического материала, прозрачного для видимого излучения. На этой сетке кроме прицельного перекрестия и двух штрихов (слева и справа), соответствующих определенному углу наблюдения , высвечивается прицельная метка, обеспечивающая угол прицеливания, соответствующий направлению движения цели и дальности до нее. Поэтому при стрельбе из оружия, оснащенного предложенным оптическим прицелом, следует ожидать с высокой вероятностью поражения движущейся цели, так как положение прицельной метки учитывает внешнюю баллистику пули, ее начальную и среднюю скорость, дальность до цели и ее направление движения и скорость, т.е. всю совокупность наиболее важных параметров, влияющих на точность поражения цели.