Патент на изобретение №2184938

(54) СПОСОБ ГИРОСТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ ПЕРИСКОПА ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Способ и устройство предназначены для использования на подводных лодках при качке и угловых вибрациях. Задают угловые скорости наведения на цель относительно качающихся угломестной и поперечной осей в плоскости визирования на входы двухканальной гироскопической системы стабилизации. На вход угломестного следящего привода поворотного зеркала или призмы подают комплексированный сигнал управления. Устройство содержит окулярную часть с органами управления, поворотную трубу с оборачивающей оптической системой и следящим приводом ее горизонтального наведения и головную часть. Головное поворотное зеркало или призма установлены в двухосном кардановом подвесе. Два датчика угловой скорости установлены на кардановом кольце. Третий датчик установлен на корпусе головной части. Устройство содержит два микроконтроллера. Обеспечивается повышение точности гиростабилизации и наведения линии визирования, упрощение конструкции, повышение вибропрочности. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области точного приборостроения, а именно к системам гиростабилизации и наведения на цель линии визирования командирского перископа (перископа атаки) и универсального перископа непроникающего типа (оптронной мачты) подводной лодки при качке и угловых вибрациях их головных частей.

Известен способ гиростабилизации и наведения линии визирования корабельного пеленгационого устройства, выбранный в качестве аналога (см. С.С. Ривкин. Стабилизация измерительных устройств на качающемся основании. М., Наука. , 1978 г., с. 161-163). По этому способу линию визирования двухосной системы пеленгационного устройства стабилизируют и наводят на цель с помощью сигналов корабельного гироскопического устройства по качкам и курсу корабля, которые вместе с задаваемыми оператором пеленгом (или стабилизированным курсовым углом) и углом места в вертикальной плоскости пропускают через преобразователь координат и подают на входы следящих приводов горизонтального и вертикального наведения. Этот способ не дает возможность получить высокоточную стабилизацию, так как в нем используют лишь косвенную гиростабилизацию, которая не позволяет отработать упругие угловые деформации трубы перископа с частотами качки и вибрации.

Известен способ стабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки, вытекающий из описания принципа его работы и выбранный в качестве аналога (см. патент России 2138836, Перископ подводной лодки, МКИ G 02 B 23/08, приоритет от 26.02.97, опубликован 27.09.99).

По этому способу стабилизацию и наведение линии визирования перископа на качке осуществляют также методом косвенной стабилизации, при котором не может быть получена высокая динамическая точность. Изменение увеличения визирного канала осуществляют путем переворота на 180^o объектива в головной части перископа, что соответствует только двум коэффициентам увеличения, изменяющимся скачкообразно. А это в зависимости от дальности цели не всегда может удовлетворять оператора при необходимости точного наведения на цель или ее распознавания.

Известен способ стабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки, вытекающий из описания принципа его работы и выбранный в качестве прототипа, как наиболее близкий к технической сущности предлагаемого способа и устройства для его осуществления (см. заявку Франции 2506921, Прицельная головка перископических установок, в основном, для подводных лодок, МКИ F 41 G 1/40; B 63 G 8/38; G 02 B 23/08, приоритет от 02.06.81, опубликован 03.12.82, а также его патент-аналог ЕРО 0068932, Оптические головки перископических установок для подводных лодок, МКИ G 02 B 27/64; F 41 G 1/40; B 63 G 8/38, приоритет 02.06.81, опубликован 05.01.83).

Согласно этому способу с помощью органов управления задают угловые скорости наведения относительно качающихся угломестной и поперечной осей в портретной плоскости визирования. Эти скорости подают на входы управляемой двухканальной гироскопической системы стабилизации, которая управляет текущим положением линии визирования в пространстве посредством двух следящих приводов: угломестного следящего привода головного поворотного зеркала и следящего привода горизонтального наведения карданова кольца в головной части перископа.

Известное устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит окулярную часть с органами управления оператора, поворотную трубу с оборачивающей оптической системой и приводом ее горизонтального наведения и головную часть, снабженную защитным стеклом, головным поворотным зеркалом (зеркалами), установленным в кардановом подвесе с кардановым кольцом и управляемым трехстепенным гироскопом, кинематически связанным с помощью ленточной передачи (с передаточным коэффициентом 0,5) с поворотным зеркалом. На осях карданова подвеса горизонтального и вертикального наведения установлены моментные двигатели, выполняющие функции исполнительных устройств следящих приводов.

Известный способ и устройство для его осуществления обладают следующими недостатками.

1. Наведение и слежение за целью при непосредственном задавании с помощью органов управления угловых скоростей наведения относительно качающихся осей, параллельных перекрестию в портретной плоскости визирования, во время качки сопряжено с большими трудностями для оператора, и поэтому приводит к большим погрешностям.

2. Указанные погрешности еще более возрастут, если пеленгуемая цель будет подвижна.

3. Использование малогабаритного управляемого трехстепенного гироскопа, обладающего из-за малого кинетического момента сравнительно низкой частотой нутационных колебаний, может привести к существенным динамическим погрешностям обоих следящих приводов карданова подвеса головного поворотного зеркала при угловых вибрациях головной части перископа, возникающих из-за упругих деформаций его трубы при движении подводной лодки в перископном положении. Увеличение же кинетического момента гироскопа вызовет существенное сокращение технического ресурса, а также необходимость увеличения датчиков момента и, следовательно, приведет к увеличению габаритов всей головной части.

4. Основными недостатками трехстепенного гироскопа, у которого ротор подвешен с помощью соединения Хука”, являются пониженные вибропрочность и ударопрочность конструкции.

5. Использование “сухих” шарикоподшипников на оси вращения ротора гироскопа негативно сказывается на его техническом ресурсе.

6. Использование кинематической ленточной передачи между осями подвеса трехстепенного гироскопа и головного поворотного зеркала с передаточным коэффициентом 0,5 усложняет конструкцию головной части и вызывает дополнительное снижение динамической точности системы стабилизации, обусловленное влиянием упругой податливости этой передачи на работу угломестного следящего привода головного поворотного зеркала.

Задача, которую решает данное изобретение, заключается:
– в увеличении динамической точности гиростабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки на цель при качке и угловых вибрациях головной части перископа, возникающих из-за наличия упругой податливости его трубы при движении подводной лодки в перископном положении;
– в упрощении конструкции карданова подвеса за счет исключения необходимости использования прецизионной ленточной передачи с передаточным коэффициентом 0,5;
– в повышении вибропрочности и ударопрочности изделия;
– в повышении надежности работы изделия.

Эта задача решается тем, что в известном способе гиростабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки задают угловые скорости наведения на цель относительно качающихся угломестной и поперечной осей в портретной плоскости визирования на входы управляемой двухканальной гироскопической системы стабилизации, которая управляет текущим положением линии визирования в пространстве посредством угломестного следящего привода головного поворотного зеркала и следящего привода горизонтального наведения карданова кольца в головной части перископа.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что на вход угломестного следящего привода головного поворотного зеркала подают комплексированный сигнал управления, пропорциональный полусумме пропущенного через фильтр низкой частоты первого порядка с постоянной времени Т текущего значения угла места в качающейся плоскости визирования и пропущенной через второй фильтр низкой частоты первого порядка с усилением в Т раз разности значений задаваемой и отрабатываемой угловых скоростей относительно угломестной оси, причем задаваемую угловую скорость вырабатывают путем сложения проекций на эту ось, задаваемых с помощью органов управления угловых скоростей изменений пеленга и угла места в вертикальной плоскости, а отрабатываемую угловую скорость получают с помощью датчика угловой скорости (ДУС) с осью чувствительности, ориентированной параллельно оси подвеса головного поворотного зеркала, а на вход следящего привода горизонтального наведения карданова кольца подают комплексированный сигнал управления, пропорциональный сумме пропущенной через третий фильтр низкой частоты первого порядка погрешности отработки задаваемого курсового угла следящим приводом горизонтального наведения трубы перископа и пропущенной через четвертый фильтр низкой частоты первого порядка с усилением в Т раз разности значений задаваемой и отрабатываемой угловых скоростей относительно оси карданова кольца, причем задаваемую угловую скорость вырабатывают путем сложения разделенных на косинус угла места текущих значений проекций на поперечную ось в портретной плоскости визирования, задаваемых с помощью органов управления угловых скоростей изменений пеленга и угла места в вертикальной плоскости, а отрабатываемую угловую скорость получают путем сложения сигнала ДУС с осью чувствительности, ориентированной параллельно оси карданова кольца и умноженного на тангенс угла места текущего значения сигнала ДУС с осью чувствительности, ориентированной параллельно нулевой оси в плоскости визирования.

Предложен вариант способа гиростабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки, который отличается тем, что плавно изменяют увеличение визуального канала наведения с помощью следящего привода с панкратическим объективом в головной части перископа.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для осуществления предложенного способа гиростабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки, содержащем окулярную часть с органами управления оператора, поворотную трубу с оборачивающей оптической системой и следящим приводом ее горизонтального наведения, включающим двигатель, усилитель и датчик угла, и головную часть, снабженную защитным стеклом, головным поворотным зеркалом, установленным в двухосном кардановом подвесе управляемой двухканальной гироскопической системы стабилизации с кардановым кольцом, датчиками угла и моментными двигателями угломестного следящего привода головного поворотного зеркала и следящего привода горизонтального наведения карданова кольца, в головную часть введены три ДУС, первый из которых установлен на кардановом кольце так, что его ось чувствительности параллельна оси угломестного следящего привода, второй датчик установлен на кардановом кольце так, что его ось чувствительности параллельна нулевой оси в плоскости визирования, а третий датчик установлен на корпусе головной части или на кардановом кольце так, что его ось чувствительности параллельна оси карданова кольца, два микроконтроллера, первый из которых электрически связан с первым ДУС, с моментным двигателем и датчиком угла угломестного следящего привода головного поворотного зеркала, а второй связан со вторым и третьим ДУС и с моментным двигателем и датчиком угла следящего привода горизонтального наведения карданова кольца, третий микроконтроллер введен в следящий привод горизонтального наведения трубы и электрически связан с помощью шины высокочастотного интерфейса с первым и вторым микроконтроллерами, а в окулярную часть введена цифровая вычислительная машина (ЦВМ), электрически связанная с помощью шин низкочастотного интерфейса с навигационной системой подводной лодки, с органами управления окулярной части и с первым, вторым и третьим микроконтроллерами.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для осуществления предложенного способа в качестве ДУС использованы волоконно-оптические гироскопы.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для осуществления предложенного способа в головную часть введена система плавного изменения увеличения визуального канала наведения, содержащая следящий привод с панкратическим объективом, моментным двигателем, датчиком угла и четвертым микроконтроллером, электрически связанным с помощью шины низкочастотного интерфейса с ЦВМ, при этом ось вращения следящего привода параллельна оси карданова кольца.

Перечень представленных фигур:
фиг. 1 – схема электрическая функциональная работы системы гиростабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки, где введены следующие обозначения:
ПК – преобразователь координат;
передаточная функция фильтра низкой частоты первого порядка с постоянной времени Т;
ИУ – интегрирующее устройство;
АЦП – аналого-цифровой преобразователь;
ДУ – датчик угла;
МД – моментный двигатель;
НС – навигационная система подводной лодки;
фиг. 2 – устройство перископа подводной лодки, в котором осуществляется предложенный способ гиростабилизации и наведения линии визирования.

Предлагаемый способ гиростабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки осуществляют следующим образом (фиг.1).

С помощью органов управления задают угловые скорости наведения по пеленгу цели П и углу места h_С (стабилизированному) в вертикальной плоскости визирования. Полученный после интегрирования с помощью ИУ 1 угол места h_С в вертикальной плоскости преобразовывают с помощью ПК 2 в угол места h_K в качающейся плоскости визирования в соответствии с формулой (см. С.С. Ривкин. Стабилизация измерительных устройств на качающемся основании. М., Наука, 1978 г.).

где – текущий угол килевой качки, получаемый от НС 3;
_К– текущий угол бортовой качки, получаемый также от НС;
q_С – курсовой угол цели в горизонтальной плоскости (стабилизированный).

Угол q_С получают с помощью сумматора 4 по формуле
q_С=П-К, (2)
где К – текущий курс подводной лодки, полученный от НС 3;
П – пеленг, полученный после интегрирования ИУ 5.

Полученный угол q_С преобразовывают с помощью ПК 6, 7 в курсовой угол q_К (нестабилизированный) в качающейся плоскости палубы, а также в угол поперечного крена вокруг линии визирования в соответствии с формулами:


Общую задаваемую угловую скорость наведения _{ЗАД h} относительно качающейся угломестной оси, параллельной оси подвеса h головного поворотного зеркала 8, вырабатывают путем сложения (с помощью сумматора 9) проекций, полученных с помощью ПК 10, 11, на ось h задаваемых угловых скоростей в соответствии с формулой

Заметим, что в головной части перископа часто применяют вместо головного поворотного зеркала 8 головную прямоугольную призму, которая выполняет ту же самую роль в стабилизации линии визирования.

Отрабатываемую угловую скорость _УВО относительно угломестной оси получают с помощью ДУС 12 с осью чувствительности, ориентированной параллельно оси подвеса этого зеркала или призмы, и АЦП 13.

Угол места h_К пропускают через фильтр низкой частоты первого порядка 14 с постоянной времени Т и подают на сумматор 15.

Разность задаваемой _{ЗАД h} и отрабатываемой _УВО угловых скоростей относительно угломестной оси, полученную на выходе сумматора 16, пропускают через второй фильтр низкой частоты первого порядка 17 с усилением в Т раз и подают на сумматор 15. Полученный на выходе сумматора комплексированный сигнал управления h _зад делят пополам с помощью делителя 18, учитывающего свойство поворотного зеркала или призмы 8 удваивать величину угла места отраженного луча, и подают на вход 19 угломестного цифрового следящего привода (ЦСП)головного поворотного зеркала или призмы, который с помощью формирователя управляющих напряжений 20, МД-h 21, ДУ-h 22, АЦП 23 отрабатывает заданный в качающейся плоскости визирования текущий угол 0,5h_зад, непрерывно разворачивая головное поворотное зеркало или призму 8 на угол h.

Таким образом, для обеспечения высокоточной гиростабилизации и наведения линии визирования по углу места здесь используют комплексированную информацию как от органов управления и ПК 2, 7, 10, 11, получающим углы качек от НС 3, так и от гироскопического ДУС 12, измеряющего абсолютную скорость изменения угла места цели в качающейся плоскости визирования с учетом угловых вибраций головной части 24, обусловленных упругой податливостью 25 трубы 26 перископа при движении подводной лодки в перископном положении. При этом на выходе фильтра 14 получают информацию об угле места h_К в низкочастотной области спектра (до частот качек), а на выходе фильтра 17 получают информацию об угле места в высокочастотной области спектра, включая частоты угловых вибраций головной части 24 перископа, которые оказывают наибольшие трудности в работе оператора во время наблюдения и слежения за целью. На выходе сумматора 15 выделяют истинный текущий угол места, который в виде задаваемого угла h _зад после деления на два подают на вход 19 ЦСП по оси h для непрерывной отработки положения головного поворотного зеркала или призмы 8. При этом погрешность сигналов от НС 3 подавляют фильтром низкой частоты 14, а основную погрешность измерения угловой скорости с помощью ДУС 12, обусловленную низкочастотным дрейфом, подавляют фильтром низкой частоты 17, который по угловой координате (по углу места) выполняет функцию фильтра высокой частоты с передаточной функцией
Кроме того, при выработке задаваемой угловой скорости _{ЗАД h} используют для повышения точности принцип комбинированного управления.

Полученный на выходе ПК 6 курсовой угол q_К в плоскости палубы подают на вход 27 ЦСП горизонтального наведения трубы 26 перископа, который с помощью формирователя, управляющих напряжений 28, МД-q 29, ДУ-q 30, АЦП 31 непрерывно разворачивает трубу 26 перископа на угол q. Образовавшуюся при этом погрешность отработки ЦСП q=q_К-q, достигающую1^o из-за большого момента сухого трения в сальнике трубы 26 перископа, пропускают через третий фильтр низкой частоты первого порядка 32 и подают на сумматор 33.

Общую задаваемую угловую скорость наведения _{ЗАД q} относительно оси q карданова кольца 34 головной части 24 перископа вырабатывают путем сложения с помощью ПК 35, 36 и сумматора 37 разделенных на косинус угла места h_К текущих значений проекций (на поперечную ось в портретной плоскости визирования), задаваемых с помощью органов управления угловых скоростей изменений пеленга П и угла места h_C, в соответствии с формулой

Заметим, что поперечная ось в портретной плоскости визирования при h_К=0 параллельна оси q карданова кольца 34.

Выработанную угловую скорость наведения _{ЗАД q} относительно оси карданова кольца 34, параллельной оси трубы 26 перископа, подают на вход сумматора 38 для обеспечения комбинированного управления по курсовому углу q_К в целом.

Общую отработанную угловую скорость относительно оси q карданова кольца 34 вырабатывают путем сложения с помощью сумматора 39 пропущенного через АЦП 40 сигнала _Z ДУС 41 с осью чувствительности, ориентированной параллельно оси q карданова кольца 34, и умноженного на тангенс угла места h_K=2h (c помощью ПК 42) текущего значения _ХВО сигнала, пропущенного через АЦП 43, от ДУС 44, у которого ось чувствительности ориентирована параллельно нулевой оси в плоскости визирования, то есть параллельна линии пересечения плоскости палубы и качающейся плоскости визирования. Таким образом, выработку общей отрабатываемой указанной угловой скорости производят в соответствии с формулой

где _Zcosh_K+_ХВОsinh_K– сумма проекций угловых скоростей _Z, _ХВО, измеренных ДУС 41, 44, на поперечную ось в портретной плоскости визирования.

Разность текущих значений задаваемой _{ЗАД q/} и суммарной отрабатываемой (7) угловых скоростей относительно оси q карданова кольца 34, полученную на выходе сумматора 38, пропускают через четвертый фильтр низкой частоты первого порядка 45 с усилением в Т раз и подают на сумматор 33. Полученный на выходе сумматора 33 комплексированный сигнал управления q_ЗАД подают на вход 46 ЦСП горизонтального наведения корданова кольца 34. Указанный ЦСП с помощью формирователя управляющих напряжений 47, МД-q 48, ДУ-q 49, АЦП 50 отрабатывает заданный в качающейся плоскости палубы текущий угол q_ЗАД непрерывно разворачивая карданово кольцо 34 на угол q.

Таким образом, для обеспечения высокоточной гиростабилизации и наведения линии визирования по курсовому углу (как и по углу места) используют комплексированную информацию как от органов управления и ПК 6, 7, 35, 36, получающим текущие углы качек и курса от НС 3, так и от гироскопических ДУС 41, 44, измеряющих абсолютные угловые скорости относительно их качающихся осей чувствительности с учетом угловых вибраций головной части 24 перископа.

Предлагаемый вариант способа гиростабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки осуществляют следующим образом (фиг.1).

С помощью органа управления в зависимости от характера изменения дистанции до цели плавно задают угол на вход 51 ЦСП, который с помощью формирователя управляющих напряжений 52, МД- 53, ДУ- 54 и АЦП 55 плавно изменяет увеличение визуального канала наведения с помощью панкратического объектива 56 в головной части 24 перископа. При этом повышают точность наведения линии визирования на цель при ее приближении или удалении и уменьшают время ее распознавания.

Предлагаемое устройство для осуществления способа гиростабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки (фиг.2) содержит окулярную часть 57, головную часть 24 и жестко с ними связанную трубу 26 перископа. Визуальный канал наблюдения содержит расположенные последовательно по ходу оптического луча линии визирования 58 защитное стекло 59, головную поворотную призму или зеркало 8, панкратический объектив 56, расположенные в головной части 24, оборачивающую оптическую систему 60, находящуюся внутри трубы 26 перископа, отклоняющее зеркало 61 и окуляр 62, размещенные в окулярной части 57. Кроме того в окулярной части 57 также размещены органы управления 63 и ЦВМ 64.

Труба 26 вместе с головной и окулярной частями 24, 57 перископа имеет свободу вращения по курсовому углу q_K относительно верхней части корпуса 65 подводной лодки. Механизм горизонтального наведения перископа содержит МД-q 29 и ДУ-q 30, которые входят совместно с ключевым усилителем мощности 66 и микроконтроллером 67, в состав ЦСП горизонтального наведения перископа. Ключевой усилитель мощности 66 электрически связан с микроконтроллером 67 и МД-q 29, а ДУ-q 30 – с микроконтроллером 67.

Внутри головной части 24 кроме головной поворотной призмы или зеркала 8 и панкратического объектива 56 расположены карданово кольцо 34 с МД-q 48 и ДУ-q 49, три ДУС 12, 41, 44, МД-h 21, ДУ-h 22, МД- 53, ДУ- 54 и три микроконтроллера 68, 69, 70. Причем головная поворотная призма или зеркало 8 установлена в двухосном кардановом подвесе, имеет свободу вращения по углу места h (вокруг оси угломестного следящего привода головной поворотной призмы или зеркала 8 с МД-h 21 и ДУ-h 22) и вместе с кардановым кольцом 34 – по углу q (вокруг оси второй ступени следящего привода горизонтального наведения карданова кольца 34 с МД-q 48 и ДУ-q 49) относительно корпуса головной части 24. Оси вращения карданова кольца 34 и трубы 26 параллельны.

ДУС 12, 44 установлены на кардановом кольце 34. Ось чувствительности ДУС 12 параллельна угломестной оси h угломестного следящего привода головной поворотной призмы или зеркала 8. Ось чувствительности ДУС 44 параллельна нулевой оси в плоскости визирования. ДУС 41 жестко связан с корпусом головной части 24, а его ось чувствительности параллельна оси карданова кольца 34. Однако, если позволяет место, то ДУС 41 может быть установлен прямо на кардановом кольце 34.

В качестве ДУС 12, 41, 44 могут быть использованы волоконно-оптические гироскопы, которые обладают следующими основными особенностями: малыми габаритами, небольшой массой, мгновенным запуском, низковольтным питанием, малым энергопотреблением, достаточной точностью, широким диапазоном, высокой надежностью, вибропрочностью и ударопрочностью. При этом малые габариты таких ДУС (например, 27х58 мм) позволяют без труда разместить их в свободных местах конструкции головной части 24 и, следовательно, добиться сравнительно небольшого ее диаметра, что очень важно для перископа.

Микроконтроллер 68 электрически связан с ДУС 12, МД-h 21 и ДУ-h 22 угломестного ЦСП. Микроконтроллер 69 электрически связан с ДУС 41, 44, МД-q 48 и ДУ-q 49 второй ступени ЦСП горизонтального наведения корданова кольца 34 с головной поворотной призмой или зеркалом 8. Микроконтроллер 70 электрически связан с МД- 53, ДУ- 54 ЦСП плавного изменения увеличения визуального канала с панкратическим объективом 56. При этом ось вращения привода параллельна оптической оси панкратического объектива 56, оси вращения карданова кольца 34 и оси трубы 26.

Микроконтроллер 67 ЦСП горизонтального наведения трубы 26 электрически связан с помощью шины высокочастотного интерфейса 71 (например, типа CAN с частотой передачи информации 500 Гц) с микроконтроллерами 68, 69 головной части 24. ЦВМ 64, расположенная в окулярной части 57, электрически связана с помощью шин низкочастотного интерфейса 72-74 (например, типа RS-485 с частотой передачи информации 20 Гц) с НС 3 подводной лодки, с органами управления 63 и с микроконтроллерами 67-70 всех ЦСП.

В состав микроконтроллера 67 со входом 27 ЦСП привода горизонтального наведения трубы 26 входят АЦП 31 и цепи коррекции для обеспечения необходимого запаса устойчивости (фиг.1).

В состав микроконтроллера 68 со входом 19 угломестного ЦСП головной поворотной призмы или зеркала 8 входят фильтр низкой частоты первого порядка 14, второй фильтр низкой частоты первого порядка с усилением в Т раз 17, сумматоры 15, 16, делитель 18, АЦП 13, 23 и цепи коррекции.

В состав микроконтроллера 69 со входом 46 второй ступени ЦСП горизонтального наведения карданова кольца 34 с головной поворотной призмой или зеркалом 8 входят третий фильтр низкой частоты первого порядка 32, четвертый фильтр низкой частоты первого порядка с усилением в Т раз 45, сумматоры 33, 38, 39, ПК 42, АЦП 40, 43, 50 и цепи коррекции.

В состав микроконтроллера 70 со входом 51 ЦСП плавного изменения увеличения визуального канала входят АЦП 55 и цепи коррекции.

Микроконтроллеры 68-70 обладают сравнительно небольшими габаритами, что позволяет без особого труда разместить их в свободных местах конструкции головной части 24. При их применении резко сокращается количество кабелей, проложенных по трубе 26 перископа, и уменьшается количество вспомогательной аппаратуры в посту подводной лодки (различного рода преобразователей, усилителей и т.п.).

Предлагаемое устройство для осуществления способа гиростабилизации и наведения линии визирования 58 перископа подводной лодки работает следующим образом (фиг.1, 2).

Оператор, глядя в окуляр 62, с помощью органов управления 63 окулярной части 57 задает угловые скорости наведения на цель (в горизонтальной и вертикальной плоскостях) и в зависимости от дистанции необходимое увеличение визирного канала, пропорциональное задаваемому углу . С помощью шины низкочастотного интерфейса 73 задаваемые параметры поступают в ЦВМ 64, в которую также с помощью шин низкочастотного интерфейса 72, 74 поступают текущие углы качек _K, и курса К подводной лодки от НС 3 и текущие углы отработки всех приводов от АЦП 23, 31, 50, 55. ЦВМ 64 выполняет функции ИУ 1, 5, сумматора 4, в соответствии с формулой (2), сумматоров 9, 37, ПК2 в соответствии с (1), ПК6 в соответствии с (3), ПК7 в соответствии с (4), ПК 10, 11 в соответствии с (5) и ПК 35, 36 в соответствии с (6). С выхода ЦВМ 64 с помощью шины низкочастотного интерфейса 74 поступают следующие данные: задаваемые текущие угол места h_К и угловая скорость ^{ЗАД h (относительно качающейся угломестной оси) – на микроконтроллер 68, задаваемый текущий курсовой угол q_K (в плоскости палубы) – на микроконтроллер 67, задаваемые текущие угол q и угловая скорость _{ЗАД q} (вокруг оси второй ступени следящего привода горизонтального наведения) – на микроконтроллер 69 и задаваемый текущий угол (в плоскости палубы), характеризующий изменение масштаба изображения (увеличения визуального канала), – на микроконтроллер 70.}

Для получения высокой точности микроконтроллеры 67-69 обеспечивают работу ЦСП по осям q, h, q с максимально допустимой добротностью и доводят полосу пропускания этих приводов до 30 Гц. Заметим, что наиболее заметные угловые вибрации головной части 24 перископа составляют от 1 до 20 Гц.

Необходимость обеспечения с помощью микроконтроллера 67 широкой полосы пропускания грубого ЦСП горизонтального наведения трубы 26 объясняется большим моментом сухого трения в сальниках при сравнительно малом моменте инерции относительно оси трубы.

Использование для связи микроконтроллера 69 с микроконтроллерами 67, 68 шины высокочастотного интерфейса 71 объясняется тем, что для получения высокой точности работы ЦСП по оси q карданова кольца 34, являющегося второй (более точной) ступенью горизонтального наведения линии визирования 58, необходимо с высокой точностью в широком диапазоне частот передавать сигналы по углу q с выхода сумматора 27 и по углу h=0,5h_K с выхода АЦП 23 для точной работы ПК 42 в соответствии с (7).

При поступлении от ЦВМ 64 по шине низкочастотного интерфейса 74 на вход 51 микроконтроллера 70 сигнала, пропорционального заданному углу , ЦСП плавного изменения увеличения визуального канала соответственно плавно разворачивает кольцо панкратического объектива 56, перемещая с помощью винтовой резьбы его отдельные линзы вдоль оптической оси. При этом происходит изменение видимого масштаба изображения, позволяющее оператору осуществить точное наведение линии визирования 58 в зависимости от дальности на неподвижную или движущуюся цель.

Из вышеизложенного следует, что использование комплексированной (с помощью фильтров низкой частоты первого порядка 14, 17, 32, 45) информации от органов управления 63 (по скоростям изменения углов h_C в вертикальной и П в горизонтальной плоскостях), от НС 3 (по углам качек _K, и курсу К подводной лодки) и от трех гироскопических ДУС 12, 41, 44 (например, волоконно-оптических гироскопов), установленных на кардановом кольце 34 и на корпусе головной части 24 (возможно размещение всех трех ДУС 12, 41, 44 на кардановом кольце 34), измеряющих абсолютную угловую скорость качек с учетом угловых вибраций головной части 24, а также применение микроконтроллеров 67-70 с ЦСП, включая ЦСП плавного изменения увеличения визуального канала с панкратическим объективом 56, позволяет достигнуть высокой динамической точности стабилизации и наведения линии визирования 58 перископа на цель при сравнительно малом диаметре его головной части 24.

Формула изобретения

1. Способ гиростабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки, заключающийся в том, что задают угловые скорости наведения на цель относительно качающихся угломестной и поперечной осей в портретной плоскости визирования на входы управляемой двухканальной гироскопической системы стабилизации, которая управляет текущим положением линии визирования в пространстве посредством угломестного следящего привода головного поворотного зеркала или призмы и следящего привода горизонтального наведения карданова кольца в головной части перископа, отличающийся тем, что на вход угломестного следящего привода головного поворотного зеркала или призмы подают комплексированный сигнал управления, пропорциональный полусумме пропущенного через фильтр низкой частоты первого порядка с постоянной времени Т текущего значения угла места в качающейся плоскости визирования и пропущенной через второй фильтр низкой частоты первого порядка с усилением в Т раз разности значений задаваемой и отрабатываемой угловых скоростей относительно угломестной оси, причем задаваемую угловую скорость вырабатывают путем сложения проекций на эту ось, задаваемых с помощью органов управления угловых скоростей изменений пеленга и угла места в вертикальной плоскости, а отрабатываемую угловую скорость получают с помощью датчика угловой скорости с осью чувствительности, ориентированной параллельно оси подвеса головного поворотного зеркала или призмы, а на вход следящего привода горизонтального наведения карданова кольца подают комплексированный сигнал управления, пропорциональный сумме пропущенной через третий фильтр низкой частоты первого порядка погрешности отработки задаваемого курсового угла следящим приводом горизонтального наведения трубы перископа и пропущенной через четвертый фильтр низкой частоты первого порядка с усилением в Т раз разности значений задаваемой и отрабатываемой угловых скоростей относительно оси карданова кольца, причем задаваемую угловую скорость вырабатывают путем сложения разделенных на косинус угла места текущих значений проекций на поперечную ось в портретной плоскости визирования, задаваемых с помощью органов управления угловых скоростей изменений пеленга и угла места в вертикальной плоскости, а отрабатываемую угловую скорость получают путем сложения сигнала датчика угловой скорости с осью чувствительности, ориентированной параллельно оси карданова кольца и умноженного на тангенс угла места текущего значения сигнала датчика угловой скорости с осью чувствительности, ориентированной параллельно нулевой оси в плоскости визирования.

2. Способ по п. 2, отличающийся тем, что плавно изменяют увеличение визуального канала наведения с помощью следящего привода с панкратическим объективом в головной части перископа.

3. Устройство гиростабилизации и наведения линии визирования перископа подводной лодки, содержащее окулярную часть с органами управления, поворотную трубу с оборачивающей оптической системой и следящим приводом ее горизонтального наведения, включающим двигатель, усилитель и датчик угла, и головную часть, снабженную защитным стеклом, головным поворотным зеркалом или призмой, установленной в двухосном кардановом подвесе управляемой двухканальной гироскопической системы стабилизации с кардановым кольцом, датчиками угла и моментными двигателями угломестного следящего привода головного поворотного зеркала или призмы и следящего привода горизонтального наведения карданова кольца, отличающееся тем, что в головную часть введены три датчика угловой скорости, первый из которых установлен на кардановом кольце так, что его ось чувствительности параллельна оси угломестного следящего привода, второй датчик установлен на кардановом кольце так, что его ось чувствительности параллельна нулевой оси в плоскости визирования, а третий датчик установлен на корпусе головной части или на кардановом кольце так, что его ось чувствительности параллельна оси карданова кольца, два микроконтроллера, первый из которых электрически связан с первым датчиком угловой скорости, с моментным двигателем и датчиком угла угломестного следящего привода головного поворотного зеркала или призмы, а второй связан со вторым и третьим датчиками угловой скорости и с моментным двигателем и датчиком угла следящего привода горизонтального наведения карданова кольца, третий микроконтроллер введен в следящий привод горизонтального наведения трубы и электрически связан с помощью шины высокочастотного интерфейса с первым и вторым микроконтроллерами, а в окулярную часть введена цифровая вычислительная машина, электрически связанная с помощью шин низкочастотного интерфейса с навигационной системой подводной лодки, с органами управления окулярной части и с первым, вторым и третьим микроконтроллерами.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в качестве датчиков угловой скорости использованы волоконно-оптические гироскопы.

5. Устройство по п. 3 или 4, отличающееся тем, что в головную часть введена система плавного изменения увеличения визуального канала наведения, содержащая следящий привод с панкратическим объективом, моментным двигателем, датчиком угла и четвертым микроконтроллером, электрически связанным с помощью шины низкочастотного интерфейса с цифровой вычислительной машиной, при этом ось вращения следящего привода параллельна оси карданова кольца.

РИСУНКИ

Изменения:

Зарегистрирован переход исключительного права без заключения договора
Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 08.02.2010/РП0000532
Патентообладатель: Открытое акционерное общество «Концерн “Центральный научно-исследовательский институт «Электроприбор»
Прежний патентообладатель: Федеральное государственное унитарное предприятие “Центральный научно-исследовательский институт “Электроприбор”

Номер и год публикации бюллетеня: 19-2002

Извещение опубликовано: 7.04.2010 БИ: 12/2010