Способ наведения управляемой ракеты и система наведения для его реализации

Изобретения относятся к области разработки систем управления ракетами и могут быть использованы в противотанковых ракетных комплексах (ПТРК). Задачей изобретения является разработка такого способа наведения управляемой ракеты и системы наведения для его реализации, который позволил бы достичь технического результата, заключающегося в повышении точности наведения ракеты без изменения конструкции самой ракеты, повышении надежности и точности выделения источника полезного сигнала при различных фоноцелевых обстановках на всем протяжении полетного времени управляемой ракеты и хорошей помехозащищенности всей системы управления без ее существенного усложнения. В способе наведения управляемой ракеты, включающем старт управляемой ракеты, прием и фокусировку на фотоприемнике светового потока бортового источника полезного сигнала, выделение координат источника полезного сигнала, определение координат управляемой ракеты и формирование команд управления для передачи на ракету, фокусировку светового потока бортового источника полезного сигнала осуществляют на фотоприемнике, фоточувствительная поверхность которого представляет собой матричную структуру фоточувствительных элементов. В процессе выделения координат управляемой ракеты уменьшают число фоточувствительных элементов, участвующих в формировании матрицы выходных сигналов с фотоприемника, пропорционально увеличивающейся дальности до управляемой ракеты. В систему наведения управляемой ракеты, содержащую последовательно соединенные объектив, фотоприемник излучения, блок выделения координат и блок формирования команд, дополнительно введены последовательно соединенные блок расчета поля анализа, подключенный к выходу блока выделения координат, и блок отключения ячеек, подключенных к фотоприемнику излучения. Причем фотоприемник излучения выполнен на основе фотоприемника с матричной структурой фоточувствительной поверхности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемый способ наведения управляемой ракеты и система наведения для его реализации относятся к области разработки систем управления ракетами и могут быть использованы в противотанковых ракетных комплексах (ПТРК).

Наиболее близким к предлагаемому является способ наведения противотанковой ракеты, реализованный в ПТРК 9К111 «Фагот» и взятый в качестве прототипа [1. Пусковая установка 9П135. Техническое описание. Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства обороны СССР, Москва - 1975 г., стр.11-13], включающий запуск противотанковой ракеты с бортовым источником излучения, прохождение светового потока от источника излучения через объектив и оптический растр, модуляцию светового потока с помощью оптического растра, прием модулированного светового потока от источника излучения фотоприемником со сплошной фоточувствительной поверхностью, выделение координат бортового источника излучения, определение координат противотанковой ракеты и формирование команд управления противотанковой ракетой.

Наиболее близкой к предлагаемой является система наведения противотанковой ракеты, реализующая известный способ наведения противотанковой ракеты и применяемая в переносном ПТРК 9К111 «Фагот» [1. Пусковая установка 9П135. Техническое описание. Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства обороны СССР, Москва - 1975 г., стр.11-13]. Эта система наведения содержит последовательно соединенные объектив, принимающий сигнал от бортового источника излучения, оптический растр, фотоприемник излучения, усилитель фототока, блок выделения координат и блок формирования команд, а также генератор опорных напряжений, подключенный между оптическим растром и блоком выделения координат.

Функциональная схема системы наведения противотанковой ракеты, реализующей известный способ наведения противотанковой ракеты, приведена на фиг.1.

Система наведения противотанковой ракеты работает следующим образом. Входным воздействием для нее является угловое отклонение бортового источника излучения противотанковой ракеты от линии прицеливания. Объектив (1) фокусирует излучение фоноцелевой обстановки (ФЦО) с бортовым источником излучения на оптическом растре (2), который имеет прозрачные и непрозрачные сектора, расположенные радиально, и совершает плоскопараллельное перемещение (сканирование), что обеспечивает частотную модуляцию и пространственную селекцию светового потока бортового источника излучения. Частотно-модулированный световой поток воспринимается фотоприемником излучения (3) и преобразуется в соответствующие электрические сигналы. Частотно-модулированный сигнал с фотоприемника поступает в усилитель фототока (4), где усиливается до необходимого значения. Выходной сигнал с усилителя фототока содержит информацию об угловых отклонениях источника излучения ракеты от линии прицеливания, которая поступает в блок выделения координат (5). После преобразования сигнала усилителя фототока блок выделения координат вырабатывает напряжения, соответствующие уже линейным отклонениям ракеты от линии прицеливания. В качестве опорных напряжений при фазовом детектировании используются сигналы с генератора опорных напряжений (7). Напряжения, пропорциональные отклонению ракеты от линии прицеливания по курсу и тангажу, с выхода блока выделения координат поступают на блок формирования команд (6), где преобразуются в сигналы управления, предназначенные для передачи по ПЛС на ракету.

Современные условия развития ПТРК поставили задачу решения ряда принципиальных технических особенностей, свойственных данным способу наведения противотанковой ракеты и системе наведения для его реализации. Так, система наведения противотанковой ракетой устойчиво работает только при наличии в поле зрения объектива одного единственного источника полезного сигнала - бортового источника излучения противотанковой ракеты. Но в современных условиях ведения боевых действий фоноцелевая обстановка (ФЦО) может содержать высокоинтенсивные световые помехи - источники оптических помех (ОП), количество которых может быть произвольным. При попадании излучения такой световой помехи совместно с полезным источником излучения в поле зрения объектива возможен срыв управления ракетой, несмотря на частотную модуляцию и пространственную селекцию светового потока бортового источника излучения оптическим растром. Это обусловлено тем, что фотоприемник будет вырабатывать сигнал, соответствующий среднегеометрическому положению всех источников излучения, находящихся в поле зрения объектива, а это приведет к существенному снижению точности выделения координат бортового источника излучения. Стоит отметить, что световой поток от бортового источника излучения, падающий на входной зрачок объектива, уменьшается обратно пропорционально квадрату дальности до ракеты. Вследствие уменьшения соотношения сигнал/шум существенно снижается помехозащищенность и ухудшается чувствительность всей системы управления. Поэтому необходимо осуществлять искусственное уменьшение поля зрения объектива для исключения возможности попадания в него помеховых источников.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка такого способа наведения управляемой ракеты и системы наведения для его реализации, которые позволили бы повысить качество наведения ракеты без изменения конструкции самой ракеты, обеспечить повышение надежности и точности выделения источника полезного сигнала при различных фоноцелевых обстановках на всем протяжении полетного времени управляемой ракеты и хорошую помехозащищенность всей системы управления без ее существенного усложнения.

Поставленная задача решается тем, что в способе наведения управляемой ракеты, включающем старт управляемой ракеты, прием и фокусировку на фотоприемнике светового потока бортового источника полезного сигнала, выделение координат источника полезного сигнала, определение координат управляемой ракеты и формирование команд управления для передачи на ракету, фокусировку светового потока бортового источника полезного сигнала осуществляют на фотоприемнике, фоточувствительная поверхность которого представляет собой матричную структуру фоточувствительных элементов, а в процессе выделения координат управляемой ракеты уменьшают число фоточувствительных элементов, участвующих в формировании матрицы выходных сигналов с фотоприемника, пропорционально увеличивающейся дальности до управляемой ракеты.

Стоит отметить, что уменьшение числа фоточувствительных элементов фотоприемника, участвующих в формировании матрицы выходных сигналов с фотоприемника, осуществляют относительно центральной ячейки фотоприемника излучения.

Уменьшение числа фоточувствительных элементов фотоприемника, участвующих в формировании матрицы выходных сигналов с фотоприемника, можно осуществлять на одинаковое число по вертикали и горизонтали.

Поставленная задача решается также тем, что в систему наведения управляемой ракеты, содержащую последовательно соединенные объектив, фотоприемник излучения, блок выделения координат и блок формирования команд, дополнительно введены последовательно соединенные блок расчета поля анализа, подключенный к выходу блока выделения координат, и блок отключения ячеек, подключенных к фотоприемнику излучения, причем фотоприемник излучения выполнен на основе фотоприемника с матричной структурой фоточувствительной поверхности.

Функциональная схема системы наведения управляемой ракеты, реализующей предлагаемый способ наведения управляемой ракеты, приведена на фиг.2.

Система наведения управляемой ракеты работает следующим образом. Световой поток ФЦО с бортовым источником излучения оптическая система (1) фокусирует непосредственно на фотоприемнике излучения (3), выполненном на основе фотоприемника матричного типа, на чувствительных ячейках которого образуется изображение бортового источника излучения. Блок выделения координат (5) осуществляет преобразование выходных данных с чувствительных ячеек фотоприемника излучения, которые несут информацию об угловых отклонениях бортового источника излучения управляемой ракеты от линии прицеливания. Выходные сигналы с блока выделения координат, пропорциональные отклонениям ракеты от линии прицеливания по курсу и тангажу, поступают на блок формирования команд (6), где преобразуются в сигналы управления, предназначенные для изменения пространственного положения управляемой ракеты.

Чтобы не обрабатывать выходные сигналы со всех чувствительных ячеек фотоприемника излучения, блок расчета поля анализа (8) на основе определенных текущих координат и динамических характеристик управляемой ракеты рассчитывает, какой области фотоприемника излучения достаточно для надежного приема излучения бортового источника сигнала с учетом возможных флюктуаций управляемой ракеты. После этого блок отключения ячеек (9) уменьшает фоточувствительную область фотоприемника излучения, чувствительные ячейки из которой участвуют в формировании матрицы выходных сигналов, путем отключения лишних ячеек. Выходной сигнал с отключенных ячеек теперь не формируется и возможные источники помех, сигналы от изображения которых могли попасть в матрицу выходных сигналов и смешаться и полезным сигналом от бортового источника излучения управляемой ракеты, теперь исключены из анализа. Отключение чувствительных ячеек осуществляется на одинаковое число одновременно по вертикали и по горизонтали, и сужение поля анализа осуществляется относительно центральной ячейки фотоприемника. Данное уменьшение числа анализируемых ячеек позволяет блоку выделения координат обрабатывать выходные сигналы только тех ячеек, которые вошли в уменьшенное поле анализа и на которых образовалось изображение бортового источника излучения. Размеры поля анализа и, соответственно, число ячеек, выходные сигналы с которых анализируются блоком выделения координат, постоянно регулируются с учетом изменения текущего положения источника полезного сигнала и динамических характеристик управляемой ракеты.

В предлагаемой системе наведения управляемой ракеты оптическая система, блок выделения координат и блок формирования команд могут быть выполнены, как в прототипе. Фотоприемник излучения может быть выполнен на основе высокочастотного матричного сенсора с переносом заряда [2]. Блок регулировки может быть выполнен на основе сигнальных микропроцессоров [3] и программируемых логических интегральных схем [4].

Предлагаемый способ наведения управляемой ракеты и система наведения для его реализации по сравнению с прототипами позволяют:

- исключить влияние ОП на точность выделения координат бортового источника излучения за счет уменьшения числа анализируемых ячеек фотоприемника излучения;

- повысить соотношения сигнал/шум на всем протяжении полетной дальности управляемой ракеты;

- обеспечить высокую точность наведения ракеты без существенного усложнения аппаратуры управления;

- повысить помехозащищенность системы управления в целом.

Литература

1. Пусковая установка 9П135. Техническое описание. Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства обороны СССР, Москва - 1975 г., стр.11-13 - прототип.

2. Приборы с зарядовой связью. Под ред. Д.Ф.Барда, Москва, 1982 г.

3. Руководство пользователя по сигнальным микропроцессорам ADSP-2100 / Пер. с англ. О.В.Луневой; Под ред. А.Д.Викторова; Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет. - Санкт-Петербург, 1997. - 520 с.

4. В.Б.Стешенко. ПЛИС фирмы «ALTERA»: Проектирование устройств обработки сигналов. / М.: Додека, 2000 г.

1. Способ наведения управляемой ракеты, включающий старт управляемой ракеты, прием и фокусировку на фотоприемнике светового потока бортового источника полезного сигнала, выделение координат источника полезного сигнала, определение координат управляемой ракеты и формирование команд управления для передачи на ракету, отличающийся тем, что фокусировку светового потока бортового источника полезного сигнала осуществляют на фотоприемнике, фоточувствительная поверхность которого представляет собой матричную структуру фоточувствительных элементов, а в процессе выделения координат управляемой ракеты уменьшают число фоточувствительных элементов, участвующих в формировании матрицы выходных сигналов с фотоприемника, пропорционально увеличивающейся дальности до управляемой ракеты.

2. Способ наведения управляемой ракеты по п.1, отличающийся тем, что уменьшают число фоточувствительных элементов фотоприемника, участвующих в формировании матрицы выходных сигналов с фотоприемника, относительно центральной ячейки фотоприемника излучения.

3. Способ наведения управляемой ракеты по п.1, отличающийся тем, что уменьшают число фоточувствительных элементов фотоприемника, участвующих в формировании матрицы выходных сигналов с фотоприемника, на одинаковое число по вертикали и горизонтали.

4. Система наведения управляемой ракеты, содержащая последовательно соединенные объектив, фотоприемник излучения, блок выделения координат и блок формирования команд, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены последовательно соединенные блок расчета поля анализа, подключенный к выходу блока выделения координат, и блок отключения ячеек, подключенных к фотоприемнику излучения, причем фотоприемник излучения выполнен на основе фотоприемника с матричной структурой фоточувствительной поверхности.