Способ наведения управляемой ракеты и система наведения для его реализации

Группа изобретений относится к системам управления ракетами, в частности для использования в противотанковых ракетных комплексах. Сущность способа заключается в том, что до старта управляемой ракеты устанавливают программное изменение во времени величины допуска U_ш на изменение выходного сигнала с фотоприемника излучения в зависимости от освещенности, создаваемой на чувствительной поверхности фотоприемника источником полезного сигнала пропорционально дальности до управляемой ракеты. После старта управляемой ракеты фокусировку излучения фоноцелевой обстановки осуществляют на фотоприемнике с матричной структурой чувствительной поверхности. В каждый момент времени определения координат управляемой ракеты определяют текущие значения выходного сигнала с каждой ячейки фотоприемника излучения, рассчитывают эталонное значение выходного сигнала с ячейки фотоприемника излучения, пропорциональное падающему излучению источника полезного сигнала на текущей дальности до управляемой ракеты, сравнивают полученные текущие значения выходного сигнала с ячеек с рассчитанным эталонным значением сигнала от источника полезного сигнала и определяют расположение относительно центральной тех ячеек фотоприемника излучения, на выходе которых образовался сигнал, равный эталонному или отличающийся от него на величину, не превышающую установленного допуска U_ш. Система наведения управляемой ракеты содержит последовательно соединенные оптическую систему, фотоприемник излучения, блок выделения координат и блок формирования команд. Дополнительно введены последовательно соединенные блок селекции и блок программных коэффициентов. Блок селекции подключен между приемником излучения и блоком выделения координат, а фотоприемник излучения выполнен на основе фотоприемника матричного типа. Реализация изобретений позволяет повысить точность выделения координат бортового источника излучения и повысить помехозащищенность системы управления. 2 н. 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 отклонения 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 преодоления ряда принципиальных технических трудностей, свойственных данным способу наведения противотанковой ракеты и системе наведения для его реализации. В первую очередь это относится к невозможности обеспечения постоянного на всем протяжении полета соотношения сигнал/шум в системы наведения. Это обусловлено наличием постоянного и достаточно высокого уровня как собственных шумов фотоприемника при высоком температурном воздействии, так и составляющей от светового потока фона, в то время как световой поток от бортового источника излучения, падающий на входной зрачок ОС, уменьшается обратно пропорционально квадрату дальности до ракеты. Из-за постоянного уменьшения разницы между полезным сигналом и сигналом фона существенно снижается точность и надежность выделения источника полезного сигнала, особенно в условиях яркого солнечного дня. Как следствие этого, ухудшается процесс выделения координат ракеты, при этом снижается помехозащищенность и уменьшается чувствительность всей системы управления.

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 с бортовым источником полезного сигнала, прием и фокусировку на фотоприемнике светового потока фоноцелевой обстановки, выделение координат источника полезного сигнала, определение координат управляемой ракеты и формирование команд управления для передачи на ракету, до старта управляемой ракеты устанавливают программное изменение во времени величины допуска U_Ш на изменение выходного сигнала с фотоприемника излучения в зависимости от освещенности, создаваемой на чувствительной поверхности фотоприемника источником полезного сигнала пропорционально дальности до управляемой ракеты, после старта управляемой ракеты фокусировку излучения фоноцелевой обстановки осуществляют на фотоприемнике с матричной структурой чувствительной поверхности, а в каждый момент времени определения координат управляемой ракеты определяют текущие значения выходного сигнала с каждой ячейки фотоприемника излучения, рассчитывают эталонное значение выходного сигнала с ячейки фотоприемника излучения, пропорциональное падающему излучению источника полезного сигнала на текущей дальности до управляемой ракеты, сравнивают полученные текущие значения выходного сигнала с ячеек с рассчитанным эталонным значением сигнала от источника полезного сигнала и определяют расположение относительно центральной тех ячеек фотоприемника излучения, на выходе которых образовался сигнал, равный эталонному или отличающийся от него на величину, не превышающую установленного допуска U_Ш.

Поставленная задача решается также тем, что в систему наведения управляемой ракеты, содержащую последовательно соединенные оптическую систему, фотоприемник излучения, блок выделения координат и блок формирования команд, дополнительно введены последовательно соединенные блок селекции и блок программных коэффициентов, причем блок селекции подключен между приемником излучения и блоком выделения координат, а фотоприемник излучения выполнен на основе фотоприемника матричного типа.

Повышение надежности и точности выделения источника полезного сигнала при различных фоноцелевых обстановках на всем протяжении полетного времени управляемой ракеты обеспечивается за счет расчета порогового уровня полезного сигнала, максимально соответствующего текущей энергетике бортового источника излучении.

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 матричного типа 3, выполненном на основе высокочастотного матричного сенсора с переносом заряда, на чувствительных ячейках которого образуется изображение ФЦО. Блок программных коэффициентов 7 на основе заложенного программного закона изменения сигнала на выходе фотоприемника излучения, пропорционального текущей дальности до управляемой ракеты, осуществляет расчет текущего порогового значения сигнала на выходе фотоприемника и передает данные в блок селекции 8, который на основе полученной информации начинает анализировать выходные сигналы со всех ячеек матричного пространства. Блок селекции определяет ячейки, выходной сигнал с которых отличается от рассчитанного эталонного на величину, не превышающую установленного допуска U_Ш. Данный допуск U_Ш определяет возможные ослабления излучения источника полезного сигнала при наличии различных помех и атмосферных явлений, а также предусматривает флюктуации излучения источника полезного сигнала. После этого однозначно определяются ячейки, выходной сигнал с которых удовлетворяет условию селекции, и можно говорить, что на данных ячейках образовалось изображение бортового источника полезного сигнала управляемой ракеты. После этого блок выделения координат 5 осуществляет преобразование данных только с выделенных из всего матричного пространства ячеек, которые несут информацию об угловых отклонениях бортового источника излучения управляемой ракеты от линии прицеливания. 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 изменения пространственного положения 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 селекции и блок программных коэффициентов могут быть выполнены 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 достичь:

- постоянного превышения сигнала от бортового источника полезного сигнала управляемой ракеты над сигналом фона на всем протяжении полетной дальности ракеты;

- высокой точности выделения координат бортового источника излучения без существенного усложнения аппаратуры управления;

- повышения помехозащищенности системы управления в целом.

Источники информации

1. Пусковая установка 9П135. М: Техническое описание. Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства обороны СССР, 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 с бортовым источником полезного сигнала, прием и фокусировку на фотоприемнике светового потока фоноцелевой обстановки, выделение координат источника полезного сигнала, определение координат управляемой ракеты и формирование команд управления для передачи на ракету, отличающийся тем, что до старта управляемой ракеты устанавливают программное изменение во времени величины допуска U_ш на изменение выходного сигнала с фотоприемника излучения в зависимости от освещенности, создаваемой на чувствительной поверхности фотоприемника источником полезного сигнала пропорционально дальности до управляемой ракеты, после старта управляемой ракеты фокусировку излучения фоноцелевой обстановки осуществляют на фотоприемнике с матричной структурой чувствительной поверхности, а в каждый момент времени определения координат управляемой ракеты определяют текущие значения выходного сигнала с каждой ячейки фотоприемника излучения, рассчитывают эталонное значение выходного сигнала с ячейки фотоприемника излучения, пропорциональное падающему излучению источника полезного сигнала на текущей дальности до управляемой ракеты, сравнивают полученные текущие значения выходного сигнала с ячеек с рассчитанным эталонным значением сигнала от источника полезного сигнала и определяют расположение относительно центральной тех ячеек фотоприемника излучения, на выходе которых образовался сигнал, равный эталонному или отличающийся от него на величину, не превышающую установленного допуска U_ш.

2. Система наведения управляемой ракеты, содержащая последовательно соединенные оптическую систему, фотоприемник излучения, блок выделения координат и блок формирования команд, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены последовательно соединенные блок селекции и блок программных коэффициентов, причем блок селекции подключен между приемником излучения и блоком выделения координат, а фотоприемник излучения выполнен на основе фотоприемника матричного типа.