Способ наведения вращающейся ракеты и система наведения для его осуществления

Предлагаемая группа изобретений относится к области разработки систем наведения ракет и может быть использована в комплексах ПТУР и ЗУР. Изобретения предназначены для повышения точности наведения ракет за счет повышения точности работы системы управления при наличии в сигналах координат помех априорно известной частоты. Сущность предлагаемой совокупности технических решений заключается в том, что сигнал рассогласования, содержащий информацию об отклонении ракеты и помехе определенной частоты, дополнительно суммируют с сигналом рассогласования, сдвинутым относительно исходного в сторону запаздывания на время, равное половине периода гармонического сигнала помехи, в результате чего происходит подавление сигнала помехи в сигнале координат. В системе наведения вращающейся ракеты имеются формирователь сигнала рассогласования между ракетой и линией визирования цели, последовательно соединенные звено с регулируемым временем запаздывания, суммирующий усилитель, модулятор и привод руля, а также блок выработки периодического по углу крена сигнала, выход которого соединен со вторым входом модулятора и входом измерителя периода, выход которого соединен с первым входом звена с регулируемым временем запаздывания, новым является то, что в нее введены последовательно соединенные звено с постоянным временем запаздывания, вход которого соединен с выходом формирователя сигнала рассогласования, и второй суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом формирователя сигнала рассогласования, а выход соединен со вторыми входами звена с регулируемым временем запаздывания и первого суммирующего усилителя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемая группа изобретений относится к области разработки систем наведения (СН) ракет и может быть использована в комплексах ПТУР и ЗУР.

Одной из задач, решаемых при разработке СН вращающихся по углу крена ракет, является повышение точности их наведения.

Известен способ наведения вращающейся ракеты, заключающийся в формировании модулированного излучения, приеме аппаратурой управления ракеты этого излучения, формировании сигнала, пропорционального координатам ракеты относительно оси луча, совмещенной с линией визирования цели (ЛВЦ), формировании сигналов управления посредством преобразования сигналов, пропорциональных координатам ракеты и связанных с лучом лазера, в систему координат, связанную с вращающейся ракетой, и преобразовании сигналов управления в отклонение рулей /патент RU №2107879, МПК⁶ F41G 7/00, 7/24, 27.03.98/.

СН, реализующая этот способ, включает источник модулированного излучения на пусковой установке и управляемую ракету. Аппаратура управления ракеты принимает модулированное излучение, вырабатывает сигналы, пропорциональные ее отклонениям относительно центра излучения (оси луча), и формирует команды управления рулями в связанной с вращающейся ракетой системе координат. Отклонения рулей возвращают ракету к оси луча.

Аналогично лучевым СН осуществляется управление ракетой в командных СН с тем лишь различием, что формирование сигнала, пропорционального координатам ракеты относительно ЛВЦ, производится на пусковой установке (командном пункте), и затем он передается на борт ракеты по линии связи /Лебедев А.А., Карабанов В.А. Динамика систем управления беспилотными летательными аппаратами. - М.: Машиностроение, 1965, с.29/.

Недостатком этих способов является формирование сигналов управления пропорционально только отклонениям ракеты, а необходимые для наведения сигналы управления, пропорциональные скорости изменения (производной) этих отклонений, отсутствуют.

Наиболее близким к предлагаемому является способ наведения вращающейся ракеты /патент RU №2219473, МПК⁷ F41G 7/24, F42B 15/01, 20.12.03/, заключающийся в формировании сигнала рассогласования между ракетой и ЛВЦ, суммировании сигнала рассогласования и сигнала, пропорционального разности сигнала рассогласования и сдвинутого на время запаздывания сигнала рассогласования, модуляции суммарного сигнала периодическим по углу крена сигналом и преобразовании полученного сигнала в отклонение рулей ракеты.

СН /патент RU №2219473, МПК⁷ F41G 7/24, F42B 15/01, 20.12.03/, реализующая этот способ, включает последовательно соединенные формирователь сигнала рассогласования (ФСР) между ракетой и ЛВЦ, звено с регулируемым временем запаздывания (ЗРЗ), суммирующий усилитель (СУ), модулятор и привод руля (ПР), причем второй вход СУ соединен с выходом ФСР, а также блок выработки периодического по углу крена сигнала (БВСК), выход которого соединен со вторым входом модулятора, и измеритель периода (ИП), вход которого соединен с выходом БВСК, а выход соединен со вторым входом ЗРЗ, по которому осуществляется регулировка времени запаздывания τ.

В известном способе обеспечивается формирование сигнала управления, пропорционального отклонению ракеты от ЛВЦ (в вертикальной и горизонтальной плоскостях декартовой системы координат) и производной этого отклонения. Результирующий суммарный сигнал управления U_Σ(t) на выходе СУ имеет вид:

$${{\displaystyle U}}_{\Sigma }(t)=U(t)+k[U(t)-U(t-\tau )]$$ ,

где t - текущее полетное время;

U(t) - сигнал рассогласования на выходе ФСР;

U(t-τ) - сдвинутый на время запаздывания τ сигнал рассогласования U(t);

k - постоянный коэффициент (значение к выбирается 2…5).

Параметры k, τ определяют степень дифференцирования отклонения. Регулировка времени запаздывания τ от периода вращения ракеты по крену, измеряемого ИП, на вход которого поступает сигнал с БВСК, обеспечивает изменение дифференцирующих свойств в зависимости от изменения характеристик ракеты (скорость, частота собственных колебаний) по полету.

Модуляция суммарного сигнала U_Σ периодическим по углу крена сигналом с БВСК преобразует сигнал управления из системы координат, связанной с ЛВЦ, в сигнал во вращающейся системе координат, связанной с ракетой, который преобразуется ПР в отклонение руля ракеты.

Данный способ обеспечивает снижение чувствительности СУ к высокочастотным помехам в целом по сравнению с применением традиционных дифференцирующих устройств и отсутствие «подчеркивания» помех на удвоенной частоте вращения ракеты по крену и частотах, кратных удвоенной частоте вращения по крену.

Однако на других частотах происходит усиление сигналов. Так, на частоте вращения ракеты по крену, утроенной, упятеренной и т.д., максимальное «подчеркивание» при k=2…5 достигает значения 2k+1=5…11.

В СН рассматриваемого класса возможно наличие в сигнале рассогласования как случайных помех, например, от флуктуации атмосферы, так и помех априорно известной частоты, связанных:

с механическими колебаниями пусковой установки;

с методическими погрешностями, возникающими в ФСР при дешифрации (демодуляции) сигнала модулированного излучения и кратными частоте сканирования модулирующего растра.

Недостатком данного способа и реализующей его СН является усиление помех (увеличение их амплитуды), присутствующих в сигнале рассогласования, которое может приводить к существенному увеличению отклонений ракеты и амплитуды ее колебаний по углам атаки.

Задачей предлагаемой группы изобретений является повышение точности наведения за счет подавления в сигнале рассогласования помех априорно известной частоты.

Поставленная задача решается за счет того, что по сравнению с известным способом, заключающимся в формировании сигнала рассогласования между ракетой и ЛВЦ, суммировании сигнала рассогласования и сигнала, пропорционального разности сигнала рассогласования и сдвинутого на время запаздывания сигнала рассогласования, модуляции суммарного сигнала периодическим по углу крена сигналом и преобразовании полученного сигнала в отклонение руля ракеты, новым является то, что сигнал рассогласования предварительно суммируют со сдвинутым на время запаздывания τ₁ сигналом рассогласования, причем время запаздывания устанавливают согласно зависимости $${{\displaystyle \tau }}_1=\frac{1}{{{\displaystyle 2f}}_{п}}$$ , где f_п - априорно известная частота помехи в сигнале рассогласования.

В СН вращающейся ракеты, реализующей этот способ, включающей формирователь сигнала рассогласования между ракетой и линией визирования цели, последовательно соединенные звено с регулируемым временем запаздывания, суммирующий усилитель, модулятор и привод руля, а также блок выработки периодического по углу крена сигнала, выход которого соединен со вторым входом модулятора и входом измерителя периода, выход которого соединен с первым входом звена с регулируемым временем запаздывания, новым является то, что в нее введены последовательно соединенные звено с постоянным временем запаздывания (ЗПЗ), вход которого соединен с выходом формирователя сигнала рассогласования, и второй суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом формирователя сигнала рассогласования, а выход соединен со вторыми входами звена с регулируемым временем запаздывания и первого суммирующего усилителя.

Предлагаемое изобретение поясняется графическим материалом.

Структура предлагаемой СН приведена на фиг.1, где 1 - ФСР, 2 - ЗРЗ, 3 - первый СУ (СУ1), 4 - модулятор (М), 5 - БВСК, 6 - ИП, 7 - ПР, 8 - ЗПЗ, 9 - второй СУ (СУ2).

Вид сигналов, поясняющих работу блока введенных элементов, состоящего из ЗПЗ 8 и СУ2 9, приведен на фиг.2.

На фиг.3 представлены амплитудная А(λ) и фазовая φ(λ) частотные характеристики блока введенных элементов при одинаковых коэффициентах по входам СУ2 9, равных 0,5, для относительных частот $$\lambda =\frac{{{\displaystyle \tau }}_1\omega }{\pi }$$ .

СН работает следующим образом.

Сигнал с выхода ФСР 1 (фиг.1) поступает по двум цепям на СУ2 9, имеющий одинаковые коэффициенты усиления по двум своим входам, причем по одной из цепей сигнал проходит через ЗПЗ 8 со временем запаздывания $${{\displaystyle \tau }}_1=\frac{1}{{{\displaystyle 2f}}_{п}}$$ . Поскольку время запаздывания τ₁ устанавливается равным половине периода $${{\displaystyle Т}}_{П}=\frac{1}{{{\displaystyle f}}_{П}}$$ сигнала помехи априорно известной частоты f_П, на выходе ЗПЗ 8 периодический сигнал помехи сдвинут в сторону запаздывания относительно исходного сигнала помехи с выхода ФСР 1 на половину своего периода по времени (на 180° по фазе). В результате на первый и второй входы СУ2 9 поступают два сигнала помехи, находящиеся в противофазе, и на выходе СУ2 9 при одинаковых коэффициентах по входам их сумма равна нулю. На фиг.2 сигнал рассогласования с выхода ФСР 1 представлен в виде суммы двух составляющих: постоянного сигнала, несущего информацию непосредственно об отклонениях ракеты (изображен штриховой линией) и гармонического сигнала помехи определенной частоты f_П (приведен сплошной линией). В результате работы введенных новых элементов в выходном сигнале СУ2 9 содержится информация только о текущих координатах ракеты. На фиг.2 выходной сигнал СУ2 9 представлен при коэффициентах по его входам равным 0,5.

Выходной сигнал СУ1 3 (с различными коэффициентами усиления по его входам, соответствующими прототипу) пропорционален текущим и предшествующим отклонениям ракеты от оси луча, создавая тем самым дифференцирующий эффект. Изменение времени запаздывания ЗРЗ 2 осуществляется по его первому входу, соединенному с ИП 6, обеспечивая тем самым пропорциональность времени запаздывания периоду вращения ракеты по крену. Сигнал, пропорциональный текущему значению угла крена ракеты, поступает на ИП 6 с выхода БВСК 5.

Результирующий сигнал управления с выхода СУ1 3 преобразуется на модуляторе М 4 с помощью опорного сигнала с выхода БВСК 5 из системы координат, связанной с ЛВЦ, во вращающуюся систему координат, связанную с ракетой, и поступает на ПР 7. Отклонения рулей возвращают ракету к ЛВЦ.

Поскольку ЗПЗ описывается передаточной функцией (ПФ) $$e^{-}{}^{{{\displaystyle \tau }}_{{}_1}p}$$ , введенный блок элементов имеет ПФ общего вида:

$$W(p)={{\displaystyle k}}_2+{{\displaystyle k}}_1{{\displaystyle e}}^{-{{\displaystyle \tau }}_{1}p}$$ ,

где k₁, k₂ - коэффициенты соответственно по первому и второму входам СУ2 9; $$p=\frac{d}{dt}$$ - оператор дифференцирования по времени.

При реализации k₁=0,5; k₂=0,5 его ПФ $$W\left(p\right)=0,5\left(1+e^{-}{}^{{{\displaystyle \tau }}_{{}_1}p}\right)$$ соответствует ПФ фильтра полного подавления в сигнале рассогласования помех на частотах $$f=\frac{\omega }{2\pi }=\frac{(2m+1)\pi }{{{\displaystyle \tau }}_1\cdot 2\pi }=\frac{2m+1}{2{\tau }_1}$$ , где m=0, ±1, ±2, …. При этом постоянный сигнал (на частоте f=0) передается блоком без изменения (с коэффициентом передачи, равным единице).

Согласно предлагаемому способу при $${{\displaystyle \tau }}_1=\frac{1}{{{\displaystyle 2f}}_{п}}$$ в выходном сигнале блока будут полностью подавлены частоты f=(2m+1)f_П. Амплитудная частотная характеристика блока А(λ), представленная на фиг.3, на этих частотах $$\left(\lambda =\frac{{\tau }_1\omega }{\pi }=\frac{f}{f_{П}}=2m+1\right)$$ равна нулю. На нулевой частоте амплитудная характеристика равна единице, а фазовая амплитудная характеристика равна нулю.

Предложенная совокупность технических решений позволяет осуществлять подавление в сигналах координат паразитных помех, обеспечивая уменьшение колебаний ракеты по координатам и углам атаки от влияния этих помех.

В качестве элементов, входящих в состав СН, могут быть использованы устройства, представленные в ближайшем аналоге /патент RU №2219473, МПК⁷ F41G 7/24, F42B 15/01, 20.12.03/.

Элемент ЗПЗ является частным случаем элемента ЗРЗ без регулировки времени запаздывания. Звено такого типа является простым для реализации в цифровой аппаратуре (в частности микропроцессорной).

Применение предлагаемого способа и СН вращающихся по углу крена ракет позволяет повысить точность их наведения.

1. Способ наведения вращающейся ракеты, заключающийся в формировании сигнала рассогласования между ракетой и линией визирования цели, суммировании сигнала рассогласования и сигнала, пропорционального разности сигнала рассогласования и сдвинутого на время запаздывания сигнала рассогласования, модуляции суммарного сигнала периодическим по углу крена сигналом и преобразовании полученного сигнала в отклонение руля ракеты, отличающийся тем, что сигнал рассогласования предварительно суммируют со сдвинутым на время запаздывания τ₁ сигналом рассогласования, причем время запаздывания устанавливают согласно зависимости , где f_п - априорно известная частота помехи в сигнале рассогласования.

2. Система наведения вращающейся ракеты, включающая формирователь сигнала рассогласования между ракетой и линией визирования цели, последовательно соединенные звено с регулируемым временем запаздывания, суммирующий усилитель, модулятор и привод руля, а также блок выработки периодического по углу крена сигнала, выход которого соединен со вторым входом модулятора и входом измерителя периода, выход которого соединен с первым входом звена с регулируемым временем запаздывания, отличающаяся тем, что в нее введены последовательно соединенные звено с постоянным временем запаздывания, вход которого соединен с выходом формирователя сигнала рассогласования, и второй суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом формирователя сигнала рассогласования, а выход соединен со вторыми входами звена с регулируемым временем запаздывания и первого суммирующего усилителя.