Системы самонаведения

Размещено на http://www.allbest.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ» (ГОУВО «ВГТУ»)

Факультет радиотехники и электроники

Кафедра радиоэлектронных устройств и систем

ОТЧЕТ

по практике

Разработал студент гр.РП-152 Клименко А.Н.

Проверил Журавлёв Д.В.

Воронеж 2016



Содержание

Введение

1. Общие сведения о радиотехнических системах

2. Системы самонаведения

2.1 Общие сведения

2.2 Радио визир системы самонаведения

с непрерывным излучением

2.3 Радио визир системы самонаведения с импульсным излучением

3. Принцип действия систем самонаведения

Список литературы



Введение

радиотехнический сигнал навигационный самонаведение

Радиоинженеры в процессе своей деятельности имеют дело с радиосистемами различного назначения и различного уровня сложности, на всех этапах жизненного цикла системы: проектирования, изготовления, эксплуатации и утилизации аппаратуры. Проектирование сложных радиосистем включает в себя определение принципа действия системы, обоснование и выбор вида сигналов, методов их формирования и обработки, конструирование отдельных составляющих системы (узлов, блоков и т.п.), разработку технологии производства, контроля параметров и размещения аппаратуры на объектах, разработку методов эксплуатации, испытаний и т.д. Это приводит к разделению труда проектировщиков и к соответствующей специализации инженерной деятельности. Специалистам разных направлений, участвующим в проектировании, в интересах общего дела приходится общаться между собой. Разумеется, для такого общения им нужно найти общий язык, который может быть основан только на понимании каждым общих задач, решаемых системой, а также роли и выполняемых функций отдельных звеньев и влияния их характеристик на показатели системы в целом. Для этого радиоинженеры различных специальностей должны иметь представление о работе типовых радиосистем и о методах, определяющих алгоритм их функционирования в зависимости от назначения системы. Кроме того, специалисту не нужно запоминать то, что легко можно найти в монографиях, в обзорных и оригинальных статьях. Но он должен научиться читать эти источники, должен изучить язык, на котором они написаны, должен знать общие теоретические принципы, на которых основан изучаемый предмет.



1. Общие сведения о радиотехнических системах

Радиотехнической системой (РТС) называется совокупность средств и приборов, соединённых между собой и предназначенных для целенаправленного выполнения единой задачи или ряда задач, связанных с передачей, извлечением и преобразованием информации. Основным отличием радиотехнических систем от других систем, связанных с передачей, приёмом и преобразованием информации является то, что носителем информации в РТС являются радиосигналы. В аппаратурной части РТС эти сигналы проявляются в виде токов и напряжений, а в атмосфере, космическом пространстве, в направляющих искусственных линиях - в виде электромагнитных волн. Устройство, преобразующее информационное сообщение в радиосигнал, называют передающим, а устройство, преобразующее принятый радиосигнал в информационное сообщение, - приёмным. Совокупность аппаратных средств и физической среды, в которой распространяются электромагнитные волны от передатчика к приёмнику, называется линией связи. Наиболее широко РТС используются в авиации и космонавтике, поэтому в качестве примера рассмотрим задачи, решаемые бортовыми системами летательных аппаратов (ЛА). Управление движением современных летательных аппаратов осуществляется с помощью пилотажно-навигационных комплексов (ПНК). Основу информационного обеспечения ПНК составляет набор бортовых радиотехнических систем различного назначения, которые решают следующие основные задачи: 1. Определение с высокой точностью текущих навигационных параметров полёта ЛА, к которым относятся: пространственное место- положение ЛА, высота полёта, курс, скорость, время полёта и др.; 2. Осуществление управлением полёта; 13 3. Осуществление радиосвязи экипажа с диспетчерскими служба- ми управления воздушным движением (УВД) и экипажами других ЛА, между членами своего экипажа и пассажирами, радиосвязи в аварийных ситуациях; 4. Своевременное обнаружение различных препятствий и опасных зон на пути полёта: возвышенностей, высотных сооружений, других ЛА, мете образований, предупреждение об опасном сближении с подстилающей поверхностью и т.п.; 5. Обеспечение автоматической передачи в контрольные диспетчерские службы телеметрической информации о состоянии ЛА. В эту информацию, как правило, входят бортовой номер ЛА, координаты его местоположения, высота полёта, остаток топлива, сведения об аварийной ситуации на борту ЛА; 6. Обеспечение взлёта и посадки ЛА; 7. Для ЛА военного назначения дополнительно осуществление наведения управляемого оружия на цели, обеспечение радиоэлектронной защиты ЛА от систем наведения различных видов управляемого оружия и решение многих других задач. Разнообразие решаемых задач приводит к достаточно большому разнообразию видов и количеству РТС, размещаемых на ЛА, а также радиоаппаратуры взаимодействия, находящейся вне ЛА, на диспетчерских пунктах, радиомаяках, искусственных спутниках Земли и др. Так на современных пассажирских самолётах размещают следующую радиоаппаратуру: радиотехнические средства дальней навигации, в том числе спутниковые системы радионавигации; радиотехнические средства ближней навигации; мете навигационные радиолокационные станции обзорного типа; доплеровские измерители скорости и угла сноса ЛА; автоматические радиокомпасы; радиовысотомеры; само- лётные дальномеры; радиотехнические системы посадки; радиотехнические системы опасной скорости сближения с землёй и против столкновения в воздухе; самолётные ответчики; связные радиостанции метрового и дека метрового диапазонов волн; аварийно-спасательные радиостанции, включая аварийные радиомаяки; само- лётные системы внутренней связи; системы телевизионного вещания; системы спутниковой радиотелефонной связи. Угроза совершения террористических актов вынуждает размещать на пассажирских самолётах аппаратуру электронной защиты против средств наведения радиоуправляемого оружия. 14 Нужно подчеркнуть, что универсальность методов передачи, извлечения, измерения и преобразования информации, реализованных в этих системах, позволяет применять их во многих областях науки и техники, не связанных с авиацией и космонавтикой. Это управление технологическими процессами и подвижными объектами, осуществление различных видов радиосвязи, обзор и исследование атмосферного и космического пространства и многое другое. Эти методы базируются на основных постулатах радиотехники, которые можно сформулировать в следующем виде:

Радиосигналы в однородной среде распространяются прямолинейно.

Скорость распространения радиосигналов в свободном пространстве постоянна и известна с достаточной на сегодняшний день точностью.

Радиосигналы способны отражаться от физических объектов и неоднородностей среды, встречающихся на пути их распространения.

Частота радиосигналов, принимаемых измерителем, изменяется в зависимости от скорости перемещения источника сигналов и измерителя.



2. Системы самонаведения

2.1 Общие сведения

Самонаведением называется способ радиоуправления, при котором команды управления формируются в бортовой аппаратуре управляемого летательного аппарата на основе информации содержащейся в сигналах, поступающих от целей. Это может быть собственное излучение цели (радиолокационное, тепловое) или отраженный от цели сигнал передатчика системы наведения.

Под РТС самонаведения понимают совокупность устройств, обеспечивающих наведение управляемого объекта на цель.

В зависимости от того, где размещается первичный источник электромагнитной энергии, используемой для наведения, различают РТС активного, полуактивного и пассивного самонаведения.

В системах самонаведения основную роль выполняют системы и каналы автоматического сопровождения по направлению АСН, с помощью которых определяется направление на источник излучения и осуществляется угловая селекция целей. Повышение избирательности угломерных координаторов связано с необходимостью сужения диаграммы направленности антенной системы, что вызывает увеличение масса-габаритных характеристик антенных устройств. Размещение таких устройств на малоразмерных носителях затруднительно. Поэтому в системах самонаведения применяют дополнительные меры по пространственной селекции целей, попадающих в раствор диаграммы направленности приёмной антенны И (рис.).



В системах с импульсным излучением в качестве дополнительных селекторов целей ДСЦ используют следящие дальномеры, а в системах, работающих в режимах непрерывного излучения - следящие селекторы по скорости.

Угломерный координатор совместно с устройствами дополнительной селекции (по дальности или по скорости движения цели) образуют радио визир цели. Бортовая аппаратура, как правило, размещается в носовой части управляемого объекта и вместе с нерадиотехническими устройствами системы управления (привод антенны, гироскопические датчики и т.п.) образует головку самонаведения ГСН.

Построение и принцип действия радио визиров зависит от принятого метода пеленгации источников излучения, под которым понимают процесс определения направления на источник радиоизлучения.



Пеленгатор, состоящий из направленной приёмной антенны Апр. и приёмника Пр. (рис.), представляет собой угловой дискриминатор, с помощью которого осуществляется преобразование информации об угловых координатах сопровождаемого объекта в токи и напряжения, однозначно зависящие от этих координат.

Сопровождаемый объект может сам излучать радиосигналы, и быть первичным излучателем, или отражать сигналы внешнего облучения, то есть быть вторичным излучателем. В общем виде любой радиопеленгатор строит нормаль к фазовому фронту волны, приходящей от источника излучения. Сравнение полученного таким образом направления с некоторым исходным (базовым, опорным) направлением, принятым за начало отсчёта, позволяет определят угловые координаты излучающего объекта.

Как правило, в системах АСН используют равносигнальные методы пеленгации, позволяющие получать более высокую точность определения направления на источник излучения по сравнению с другими методами. В таких устройствах с помощью антенной системы формируется равносигнальное направление (РСН), положение в пространстве, которого известно, и оно служит опорным направлением. Задачей системы АСН является непрерывное автоматическое совмещение в пространстве опорного РСН с направлением прихода электромагнитных волн от источника излучения, т.е. с линией визирования цели ЛВ (рис.4.26). Это совмещение производится с помощью устройства управления УУ и исполнительного устройства ИУ, осуществляющих перемещение РСН в пространстве в соответствии с выходными сигналами пеленгатора. Для решения этой задачи переходная характеристика углового дискриминатора выбирается нечётной функцией напряжения uвых.д. от углового рассогласования г (рис.).



Таким образом, выходное напряжение дискриминатора является электрическим аналогом углового рассогласования. Часто его называют сигналом рассогласования или сигналом ошибки. Апертура дискриминатора (область между экстремальными значениями переходной характеристики на рис.) определяет разрешающую способность следящей системы.

При совмещении РСН с линией визирования ЛВ сопровождаемой цели Ц (рис.) угловое рассогласование и соответствующее ему выходное напряжение дискриминатора устремляются к нулю. Точка апертуры, в которой uвых.д.= 0, называется точкой устойчивого равновесия.

В процессе наведения летательного аппарата на цель на ГСН действуют различные возмущающие факторы, вызывающие ошибки наведения. Это внутренние и внешние шумы, силовое воздействие турбулентной атмосферы и др.

Внутренние шумы образуются за счёт теплового движения заряженных частиц в элементах электрических цепей, из-за дробового эффекта в электронных приборах и ряда других явлений. Внешние шумы разделяют на амплитудные, обусловленные флуктуациями мощности отражённых сигналов, и угловые, вызванные эффектом блуждания энергетического центра отражённой от цели энергии. Воздействие этих факторов может быть ослаблено соответствующей обработкой и фильтрацией сигналов.

Особо следует выделить влияние обтекателя на точность наведения летательного аппарата. Обтекатель ГСН защищает её элементы конструкции от механических и других видов повреждений. Он размещается в головной части летательного аппарата и является прозрачным для энергии радиосигналов. Электромагнитная волна при прохождении через обтекатель преломляется и фактический угол визирования цели е (рис.4.28) будет отличаться от его значения на выходе обтекателя ео на некоторую величину Де

Де = ео - е, (4.39)

называемую статистической пеленга ионной характеристикой обтекателя.

Эта зависимость носит случайный характер и может изменяться от аэродинамического нагрева, деформации обтекателя вследствие аэродинамической нагрузки, от неоднородности материала обтекателя и других факторов.

Борьба с ошибками, вызываемыми влиянием обтекателя, ведётся в двух направлениях: созданием более совершенных обтекателей и разработкой соответствующих алгоритмов управления РСН. Применяемые материалы и технология изготовления совершенствуются, однако ошибки, вносимые обтекателями, являются значительными и в ряде случаев могут достигать 0,5О. Эти меры усложняют систему и увеличивают её стоимость.

По виду используемых сигналов различают радио визиры систем с непрерывным и импульсным излучением. Принципиально такие радио визиры различаются используемыми методами дополнительной селекции целей.

Более простую техническую реализацию имеют радио визиры, основу которых составляют пеленгаторы с последовательным сравнением сигналов. Кроме того, такие пеленгаторы обладают относительно малыми масса-габаритными характеристиками, что позволяет использовать их в ГСН тактических ракет систем ПВО.

2.2 Радио визир системы самонаведения с непрерывным излучением

На рис. приведена упрощенная структурная схема одного из вариантов технической реализации радио визира системы полуактивного самонаведения, работающей в режиме непрерывного излучения.

Как видно из схемы радио визир включает в себя два канала: канал автоматического сопровождения целей по направлению (АСН), в качестве которого применен амплитудный фазовый пеленгатор, и канал автоматического сопровождения целей по скорости (АСС).

В пеленгаторе используется антенна Апр1 с относительно узкой, симметричной диаграммой направленности G(ц), ось которой смещена относительно оси антенны на небольшой угол г (рис.). Диаграмма направленности вращается в пространстве вокруг оси антенны с угловой скоростью ЩА (коническое сканирование). На рис. показано пространственное положение вращающейся диаграммы направленности для двух произвольных моментов времени t1 и t2.

Из рисунка видно, что вдоль оси вращения диаграммы образуется равносигнальное направление РСН характерное тем, что коэффициент усиления антенны G(ц) в этом направлении (ш = 0) будет постоянным

G(ц)ш = 0 = const. (4.40)

Управление антенной производится, как правило, в азимутальной и угломестной плоскостях автономно. В связи с этим сигнал ошибки необходимо разложить на две ортогональные составляющие, пропорциональные угловым отклонениям цели в этих плоскостях, т.е. произвести преобразование информации об угловых координатах цели, полученной в полярной системе координат, в сигналы, управляющие положением антенны, в прямоугольной (декартовой) системе.

Аппаратурное разделение сигнала ошибки на две составляющие осуществляется в фазовых детекторах ФД? и ФД?, в которых производится умножение сигнала ошибки на опорные напряжения, вырабатываемые генератором опорных напряжений ГОН и имеющие фазовый сдвиг друг относительно друга на ?/2:

uоп1(t) = Uоп1 cos ?А t и uоп2(t) = Uоп2 sin ?А t. (4.45)

Синхронизация ГОН осуществляется устройством сканирования диаграммы направленности антенны УСД, и поэтому фазы опорных напряжений однозначно связаны с пространственным положением сканирующей диаграммы.



Переходная характеристика каждого фазового детектора представляет собой нечётную функцию выходного напряжения от величины углового рассогласования линии визирования цели и равносигнального направления (рис.).

На выходах фазовых детекторов образуются напряжения пропорциональные этим рассогласованиям в азимутальной и угломестной плоскостях:

u? =Uошcos ? и u? =Uош sin ?, (4.46)

где ? угловая координата цели на картинной плоскости, т.е. плоскости, перпендикулярной РСН (рис.). На этом рисунке показан также в виде окружности след произвольной точки сканирующей диаграммы направленности антенны (например след максимума диаграммы), положение РСН в центре окружности и положение линии визирования источника излучения Ц2. Линейное отклонение линии визирования от РСН, соответствующее угловому отклонению ш, обозначено d, а составляющие этого отклонения - в азимутальной плоскости Дб и в угломестной плоскости Дв.



Система управления антенной СУА поворачивает антенну в соответствии с этими отклонениями и тем самым осуществляет совмещение РСН с линией визирования цели. При совмещении исчезает амплитудная модуляция принимаемых сигналов и выходные напряжения фазовых детекторов устремляются к нулю.

Канал АСС обеспечивает дополнительную селекцию целей по скорости основанную на использовании эффекта доплеровского приращения частоты сигналов, отражённых от движущихся целей

Система АСС (рис.) по сути представляет собой узкополосный следящий фильтр с автоматической подстройкой частоты принимаемых сигналов. Это понятие несколько условное, так как собственно избирательным по частоте элементом является узкополосный усилитель промежуточной частоты УУПЧ, который имеет фиксированную настройку, а перестраивается по частоте лишь гетеродин Г2.

В исходном состоянии, кода на входе радио визира нет сигналов, система работает в режиме поиска. В этом режиме гетеродин Г2 с помощью управляющего напряжения генератора поиска ГП периодически перестраивается по частоте. Управляющее напряжение, изменяющееся по линейному закону, поступает на гетеродин через схему захвата СЗ. На рис. показано эквивалентное преставление схемы захвата СЗ в виде коммутатора КОМ релейного типа и распределение управляющих сигналов.



Поиск осуществляется в диапазоне доплеровских приращений частоты входных сигналов. Этот диапазон определяется возможными значениями скорости сближения ракеты и цели. Ориентировочно его можно определить из следующих соображений (рис.).

Передатчик П системы полуактивного самонаведения, расположенный на командном пункте КП, излучает сигналы

облучения цели Sобл с частотой f0, осуществляя т.н. «подсвет» цели. Если бы приёмник сигналов находился на цели Ц, то на его входе действовал бы сигнал с частотой

f 0/ ? f 0 ? Fдц , (4.48)

где Fдц - доплеровское приращение частоты сигнала за счёт движения цели. Цель отражает сигналы с частотой f0/ . Приёмник системы АСН, расположенный на ракете Р, принимает отражённые от цели сигналы Sотр с частотой



fпр = f/0 + Fдц + Fдр, (4.49)

где Fдр - доплеровское приращение частоты сигнала за счёт движения ракеты.

Одновременно на дополнительный канал ГСН (Апр2-СМ2- УПЧ2, рис.) поступают опорные сигналы Sоп от передатчика с КП. Так как расстояние между КП и управляемой ракетой Р увеличивается, то опорный канал принимает сигналы передатчика с частотой

fоп = f0 - Fдр, (4.50)

Сигналы обоих каналов, принятые антеннами Апр1 и Апр2, преобразуются по частоте в смесителях СМ1 и СМ2, усиливаются в УПЧ1 и УПЧ2 и поступают на СМ3, на выходе которого образуются колебания с разностной (доплеровской) частотой, пропорциональной скорости сближения ракеты с целью

fпр - fоп = f0 + Fдц + Fдц + Fдр - f0 + Fдр = 2(Fдц+ Fдр ) = Fд (4.51)

Возможные значения этой частоты, зависящей от скоростей движения ракеты и цели, определяют границы поиска по частоте в системе АСС.

Сигналы с частотой Fд усиливаются в усилителе доплеровских частот УДЧ и подаются на вход смесителя СМ4 системы АСС. На второй вход СМ4 поступают колебания гетеродина Г2.

В процессе поиска, когда разность частот перестраиваемого гетеродина Г2 и сигнала с частотой Fд будет находиться в пределах полосы пропускания УУПЧ, сигнал с разностной частотой fр, полученный на выходе смесителя СМ4



fр = fг - Fд, (4.52)

проходит через УУПЧ, частотный детектор ЧД, формирующую цепь ФЦ и заставляет сработать схему захвата СЗ (цепь ФЦ1 на рис.), которая останавливает поиск и переводит систему АСС в режим сопровождения целей по доплеровской частоте. В этом случае управление частотой гетеродина осуществляется напряжением, поступающим с выхода ЧД (цепь ФЦ2).

Переходная характеристика ЧД (рис.4.36) представляет собой нечётную функцию выходного напряжения от рассогласования Дf частоты разностного сигнала на выходе СМ4 fр и средней частоты настройки УУПЧ

fпч uвых = ц(Дf), (4.53)

где Дf = fр - fпч.

Пунктиром на рис.4.36 показана амплитудно-частотная характеристика УУПЧ.

Частотный детектор вырабатывает управляющее напряжение, величина и знак которого пропорциональны величине и стороне частотного рассогласования. Это напряжение через ФЦ (цепь ФЦ2) и СЗ изменяет частоту гетеродина до тех пор, пока рассогласование частот не станет равным нулю. Выходное напряжение ЧД при этом также будет равно нулю, изменение частоты гетеродина прекратится, и система будет работать в режиме устойчивого сопровождения принимаемых от цели сигналов по частоте. Средний уровень управляющего напряжения, соответствующий текущему значению скорости движения сопровождаемой цели, поддерживается интегрирующими устройствами ФЦ.

Из рис. видно, что на вход детектора сигнала ошибки ДСО поступают сигналы, несущие информацию об угловых координатах цели, с выхода узкополосного усилителя промежуточной частоты УУПЧ. Благодаря высокой избирательности этого усилителя по частоте на систему автоматического сопровождения по направлению ГСН эта информация будет поступать только от одной цели, выбранной для сопровождения по скорости. Сигналы от других целей находящихся в пределах диаграммы направленности антенны Апр1 (рис.), но имеющие другие значения доплеровского приращения частоты, через УУПЧ не пройдут и не окажут влияния на работу системы АСН, основного канала ГСН.

2.3 Радио визир системы самонаведения с импульсным излучением

Упрощенная структурная схема радио визира системы работающей в режиме импульсного излучения показана н рис.

Такой радио визир, также как и радио визир системы с непрерывным излучением, состоит из двух основных каналов: следящего пеленгатора (система АСН) и канала автоматического сопровождения целей по дальности (система АСД), выполняющего роль дополнительного селектора целей.

Чаще всего в таких системах используют амплитудно-фазовый пеленгатор со сканирующей диаграммой направленности антенны, принцип действия которого аналогичен работе пеленгатора в системе самонаведения с непрерывным излучением. Отличие заключается в том, что информация об угловом отклонении равносигнального направления от линии визирования цели содержится в параметрах амплитудной модуляции импульсной последовательности входных сигналов пеленгатора, отражённых от сопровождаемой цели. В связи с этим в приёмный канал пеленгатора включены два детектора: амплитудный детектор АД и детектор сигнала ошибки ДСО. На выходе первого детектора формируются видеоимпульсы, которые затем усиливаются в видео усилителе ВУ, а на выходе второго выделяется огибающая амплитудной модуляции видеоимпульсов - сигнал ошибки.

Основное назначение дальномерной селекции заключается в отпирании приёмника следящей угломерной системы только на время прихода сигналов, отраженных от выбранной на сопровождение цели. Всё остальное время приёмник закрыт и сигналы от других целей, находящихся в растворе диаграммы направленности антенны Апр1 не проходят через приёмный канал и, следовательно, не оказывают влияние на угловой координатор. Таким образом, наведение по направлению осуществляется только на те цели, которые захватывает и отслеживает система сопровождения по дальности (АСД). Формируемый системой АСД импульсный сигнал, который открывает на короткое время приёмный канал пеленгатора, часто называют стробом дальности.

Рассмотрим работу системы АСД в составе радио визира ГСН. Временные диаграммы сигналов в некоторых точках структурной схемы радио визира приведены на рис.

В системах с полуактивным самонаведением передатчик расположен на командном пункте, поэтому для нормальной работы системы АСД на борту управляемого летательного аппарата установлен дополнительный приёмник сигналов синхронизации, передаваемых с командного пункта (Апр2 - ПСС).

Синхроимпульсы, формируемые на выходе ПСС (график 1 на рис.), через схему временной задержки СВЗ запускают генератор селекторных импульсов ГСИ. На выходе ГСИ формируются два следующих один за другим селекторных импульса (график 2). Положение этих импульсов на временной оси зависит от величины задержки сигналов синхронизации в схеме временной задержки СВЗ, которая в свою очередь определяется управляющим напряжением, подаваемым через схему захвата СЗ.

Вид управляющего напряжения зависит от режима работы системы АСД.

В режиме поиска, когда на входе приёмника нет отраженных от цели сигналов, управляющее напряжение поступает от генера(рис.), под воздействием которого селекторные импульсы плавно перемещаются по оси времени от минимального значения, соответствующего минимально возможной дальности действия системы, до максимального значения, определяемого максимальной дальностью действия системы. тора поиска ГП. Чаще всего это линейно изменяющееся напряжение

Одновременно с селекторными импульсами изменяет своё временное положение строб дальности, который вырабатывает устройство формирования строба УФС (график 3). Строб дальности, подаваемый на УПЧ, открывает приёмный канал пеленгатора на время своего действия. Как только строб дальности совпадёт по времени с принятым отраженным от цели сигналом (график 4), сигнал пройдёт через УПЧ, амплитудный детектор АД и видео усилитель ВУ (график 5) на схему захвата СЗ. Схема захвата отключает генератор поиска ГП от управления временной задержкой в СВЗ и подключает к ней через формирующую цепь ФЦ выход временного различителен ВР. Эквивалентное представление схемы захвата в виде электромагнитного коммутатора КОМ показано на рис.4.

Время задержки отражённого сигнала на входе ГСН в любой момент времени будет зависеть от взаимного расположения объектов, участвующих в самонаведении. Ориентировочно оно будет равно (рис.)

Rкц ? Rрц ? Rкр?? , (4.54) c

где Rкц - расстояние командный пункт КП - цель Ц; Rрц - расстояние ракета Р-цель; Rкр- расстояние командный пункт ракета; с - скорость распространения радиоволн.



Угол в между линиями визирования цели Rкц и ракеты Rкр по мере удаления ракеты от командного пункта и сближения её с целью будет уменьшаться и при ориентировочных расчётах его можно не учитывать.

Выходное напряжение временного различителя ВР зависит от взаимного расположения на временно/й оси принятого сигнала, отражённого от цели, и двух селекторных импульсов.

Если середина принятого от цели сигнала точно совпадает с осью симметрии селекторных импульсов, то управляющее напряжение на выходе различителя отсутствует. При появлении временного рассогласования

Дt = tо - tц , (4.55)

как это показано на укрупнённых графиках 2 и 5 на рис., возникает управляющее напряжение.

Величина и знак этого напряжения определяются величиной и знаком временно/го рассогласования. С этой целью переходная характеристика временного различителя выбирается нечётной функцией временно/го рассогласования (рис.).

Управляющее напряжение через формирующую цепь ФЦ и схему захвата СЗ поступает на схему временно/й задержки запуска селекторных импульсов СВЗ. Это напряжение сфазировано таким образом, чтобы оно, изменяя временную задержку селекторных импульсов, уменьшало бы временно/е рассогласование Дt.

При точном сопровождении цели выходное напряжение временного различителя близко к нулю, поэтому формирующая цепь ФЦ поддерживает средний уровень управляющего напряжения соответственно текущему значению дальности до цели.



3. Принцип действия систем самонаведения

Самонаведение ракеты на цель -- это такой метод управления, при котором сигнал управления вырабатывается на ракете в результате использования энергии, излучаемой целью или отраженной от нее [1, 4, 5, 6].

На борту ракеты устанавливается специальная аппаратура управления, с помощью которой ракета сама (отсюда и название -- самонаведение) определяет свое положение относительно цели и автоматически наводится на нее.

Однако первоначально цель необходимо обнаружить по каким-либо характерным свойствам, отделив ее от окружающих предметов или, как говорят, от окружающего фона. К таким свойствам может быть отнесена прежде всего способность цели излучать или отражать электромагнитные колебания (радиоволны, видимые световые и невидимые инфракрасные лучи) иначе, чем окружающее ее пространство. Кроме того, цель издает характерные шумы, которые также могут быть использованы для самонаведения ракет.

В зависимости от вида энергии, излучаемой или отражаемой целью, иностранные специалисты подразделяют самонаводящиеся системы на радиотехнические, оптические, инфракрасные (тепловые), акустические и гидроакустические. При управлении ракетой по методу самонаведения на ее борту устанавливается устройство, автоматически и непрерывно измеряющее координаты ракеты относительно цели и называющееся координатором цели. Чаще всего координатор измеряет угловые отклонения цели от продольной оси ракеты (углы рассогласования), а в некоторых случаях -- дальность до цели, скорость изменения дальности и угловую скорость поворота линии ракета -- цель. С выхода координатора снимается сигнал ошибки в виде напряжений или токов, зависящих от углов рассогласования.



Направление на цель (рис.) можно определить либо углом рассогласования ф и углом фазирования Ф, либо углами рассогласования фу и фz.

Координаторы обычно определяют углы рассогласования фу и фz, причем угол фуназывается углом рассогласования в продольной плоскости, а угол фz -- углом рассогласования в поперечной плоскости.

Соответственно с выхода координатора снимают два напряжения: напряжение Uy, пропорциональное углу рассогласования фу, и напряжение Uz, пропорциональное углу рассогласования фz. Математически эту зависимость напряжений от углов рассогласования можно записать так:

Коэффициенты пропорциональности К1 и К2 обычно одинаковы. Сигналы ошибки Uyи Uz используются для формирования команд управления соответствующими рулями.

Координатор цели -- основной измеритель в системе самонаведения -- в простейшем случае (при методе прямого наведения) может устанавливаться так, что его ось совпадает с осью ракеты.

Тогда для управления в продольной плоскости используется канал тангажа (высоты), а для управления в поперечной плоскости -- канал курса. Сигнал Uy вызывает отклонение руля высоты, а сигнал Uz-- отклонение руля направления.

Для повышения точности наведения в состав системы самонаведения, кроме основного измерителя, могут входить и другие, вспомогательные измерители: позиционные, скоростные и ускорительно-скоростные гироскопы, датчики ускорений (акселерометры), датчики углов атаки и некоторые другие.

Вспомогательные измерители повышают точность наведения самонаводящихся ракет. Обычно вспомогательные измерители реагируют не на изменение положения цели, а на изменение положения ракеты, с которой они и связаны. Они лишь уточняют величину команды, выдаваемую основным измерителем -- координатором, определяющим работу всей системы самонаведения. Роль координатора при использовании простейшего метода самонаведения (метода прямого наведения) иллюстрируется блок-схемой (рис.).

Координатор И1, жестко закрепленный в головной части ракеты, непрерывно принимает сигналы от цели и преобразует их в соответствующие электрические напряжения. Если ось ракеты, с которой в данном случае совпадает ось координатора, точно направлена на цель, т. е. угол рассогласования ф = 0, то на выходе координатора напряжения также равны нулю. Если же ось ракеты отклонена от направления на цель, то между осью ракеты и линией ракета -- цель образуется угол рассогласования. В соответствии с углом рассогласования на выходе координатора появятся два напряжения Uy и Uz, пропорциональные углам рассогласования в продольной фу и поперечной фz плоскостях. Величина напряжений характеризует величину отклонения оси ракеты от направления на цель.

Вспомогательные измерители И2 также непрерывно выдают корректирующие напряжения U'y и U'z.

Рассматриваемая система самонаведения имеет канал продольного управления (тангажа или высоты) и канал поперечного управления (курса). Оба канала, хотя они ri имеют различное назначение, в большинстве систем выполняются одинаково.

Сигналы с основного (И1) и дополнительного (И2) измерителей поступают на суммирующие каскады обоих каналов управления. Напряжения Uy и U'y поступают на суммирующий каскад (СК1) канала тангажа, а напряжения Uz и U'z -- на суммирующий каскад (СК2) канала курса. В суммирующих каскадах каждого канала эти напряжения суммируются и после усиления в усилителях (У1 и У2) подводятся к приводам рулей высоты и направления. Приводы отклоняют рули. Рули, отклоняясь, создают аэродинамические силы и моменты, которые корректируют направление полета ракеты.

Изменение положения ракеты относительно цели приводит к изменению значения сигнала в координаторе. Новому значению сигнала координатора будут соответствовать другие углы отклонения рулей. Таким образом осуществляется непрерывное корректирование полета ракеты с помощью сигналов, выдаваемых координатором и дополнительными измерителями. В свою очередь величина сигнала зависит от положения цели относительно ракеты и от характера изменения параметров ее движения (курс, тангаж, скорость поворота, скорость, ускорение и другие данные о движении) [1, 4, 6].

При наведении по другим методам (например, стрельба в упрежденную точку) используется более сложная аппаратура. Для решения задачи встречи ракеты с целью прибегают к помощи специальных счетно-решающих приборов. Однако основным измерителем в системах самонаведения различных типов остается координатор.

Система самонаведения отличается от системы телеуправления полной автономностью. Кроме того, она обеспечивает большую точность наведения, чем автономная и телеуправляемая системы. Однако система самонаведения имеет небольшую дальность действия, что считается существенным ее недостатком. Особенность системы самонаведения в том, что абсолютные ошибки в определении взаимного положения ракеты и дели уменьшаются с уменьшением расстояния между ракетой и целью. Отмечают, что система самонаведения может применяться в качестве основной на зенитных, противотанковых и авиационных ракетах и в качестве дополнительной на самолетах-снарядах и антиракетах.



Список литературы

1. Никольский Б.А. Основы радиотехнических систем: учебник, 2013. - 469 с.

2. данные с сайта http://samonavedenie-raket.ru/

Размещено на Allbest.ru

...