Способ сближения движущегося объекта при самонаведении по информации о факте визирования цели



Способ сближения движущегося объекта при самонаведении по информации о факте визирования цели
Способ сближения движущегося объекта при самонаведении по информации о факте визирования цели
Способ сближения движущегося объекта при самонаведении по информации о факте визирования цели
Способ сближения движущегося объекта при самонаведении по информации о факте визирования цели
Способ сближения движущегося объекта при самонаведении по информации о факте визирования цели

 


Владельцы патента RU 2552990:

Рябов Юрий Владимирович (RU)

Изобретение относится к способам управления движущимся объектом в случае самонаведения с использованием минимальной информации о цели. Достигаемый технический результат - возможность сближения при встречном самонаведении, когда линейная скорость цели превышает скорость объекта. Способ основан на использовании информации о факте визирования цели локатором, ось чувствительности которого совпадает с направлением вектора скорости объекта. Траекторию объекта формируют в виде циклов, которые начинаются и кончаются фактом визирования цели. Внутри каждого цикла дугообразное движение производят с максимально возможной, постоянной в цикле угловой скоростью, знак которой меняют по достижению значения величины среднего угла упреждения траектории объекта относительно линии визирования, который вычисляют для текущего цикла как произведение разности значения этого угла в предыдущем цикле и приращения угла наклона траектории объекта в текущем цикле относительно предыдущего, умноженного на коэффициент, зависящий от условий сближения, и дроби, в числителе которой стоит разность значений среднего угла упреждения в предыдущем цикле и приращения угла наклона траектории объекта в текущем цикле относительно предыдущего, а в знаменателе - сумма указанных величин. 5 ил.

 

Изобретение относится к области автоматического управления при сближении движущегося объекта (в дальнейшем «объект») с другим движущимся объектом (в дальнейшем «цель») в случае самонаведения с использованием минимальной информации о цели, а именно: о факте совпадения вектора линейной скорости объекта с линией визирования цели.

Известен способ самонаведения объекта с использованием указанной информации - это «метод погони, который обеспечивает управление при самонаведении, используя информацию постоянного визирования цели, то есть вектор скорости объекта при его сближении с целью постоянно направлен на цель (В.А. Ржевкин, «Радиоэлектронные системы управления ракетами и снарядами», Госкомиздат, 1996 г., ч. 1, п. 2.3, стр. 27).

При самонаведении на цель по «методу погони», в зависимости от условий сближения могут существовать зоны на траектории сближения объектов, особенно при встречном самонаведении, где возникают недопустимые величины промахов. На фиг.1 приведен пример встречного сближения объекта и цели по методу погони, когда скорость цели превышает скорость объекта: скорость цели - 35 условных единиц (у.е.), скорость объекта - 26,4 у.е.

Траектория цели - это линия 1, траектория объекта - линия 2. Промах при «погоне» в данном случае значительно превышает допустимое значение, так как минимальный радиус разворота объекта в примере равен 15 у.е., а промах - 65 у.е.

Задачей предлагаемого способа является реализация самонаведения объекта, используя информацию о цели метода погони, даже с возможно меньшей, чем у цели, линейной скоростью при встречном самонаведении.

Для решения этой задачи предлагается перемещать объект по траектории, состоящей из дугообразных отрезков, по которым объект двигается с максимально возможной постоянной угловой скоростью ω0. Два дугообразных отрезка объединяются в цикл, который начинается и заканчивается по факту визирования цели, фиг. 2, где:

OA1BCDEF … - траектория объекта при самонаведении;

O1NM - траектория цели;

OO1, DN, FM - линии визирования цели в моменты времени «i-1», «i», «i+1» соответственно, которые параллельны линиям: OO1 || DD1 || E1E2, DN || MM2;

ось x0 - ось отсчета углов инерциальной системы координат;

ось x - ось чувствительности локатора цели, она же ось связанной с объектом системы координат;

V - линейная скорость объекта, совпадающая с осью чувствительности локатора;

V1 - линейная скорость цели;

O2O=O2A1=R,

где R - радиус разворота объекта,

∠O1Ox0=∠Е2Е1x0, ∠NE1x0=∠N1NE1 - углы наклона траектории объекта относительно оси инерциальной системы координат x0 в моменты визирования цели; , значения этих углов в моменты времени «i-1», «i» соответственно;

∠E2E1N=|∠NE1x0-∠E2E1 x0|=∠N1NE1, откуда , значение ∠M2MF: , так как DN параллельна М2М;

, - количественное приращение значений углов наклона траектории относительно оси инерциальной системы координат x0 в текущих циклах относительно предыдущих в момент визирования цели.

Знак величины от точки D или E1 имеет положительное значение, если зафиксирован против часовой стрелки относительно линии визирования DN (направления x в связанной системе координат), отрицательное значение, если по часовой стрелке. Относительно точки N - наоборот.

∠x0B1B, ∠x0E1E - заданные углы наклона траектории объекта относительно оси инерциальной системы координат x0, определяющие момент смены знака разворота объекта; , - значения этих угловых величин в циклах и «i»;

∠O1OB=∠OO2A1, ∠EDN - средние углы упреждения, которые определяют момент смены знака разворота объекта, то есть средние углы наклона траектории объекта относительно линии визирования после «i-1»-го и «i»-го момента времени соответственно, qi-1, qi - -значения этих углов;

- значение величины угла ∠CC1D; , так как ∠CC1D=∠N1NE1; знак имеет положительное значение, если относительно C1C угол зафиксирован по часовой стрелке, если против часовой стрелки - отрицательное значение. Следует отметить, что ;

φ - угол наклона вектора скорости цели относительно линии визирования.

Процесс управления движением объекта при самонаведении осуществляется следующим образом.

После визирования цели в точке О объекту придают движение по дуговому отрезку ОВ с угловой скоростью ωo. По достижению объектом заданного значения qi-1 в точке В знак ωo. меняют на противоположный, и объект, двигаясь по дуге BD, снова сменяет знак разворота после визирования цели в точке D.

Каждый раз, в момент визирования цели (например в «i»-ый, точка D траектории объекта) производят замер текущего значения величины угла наклона траектории объекта относительно инерциальной системы координат и сравнивают его с предшествующим значением в «i-1»-той точке визирования:

и с учетом полученного значения величины задают вычисленное по закону управления «i»-oe значение среднего угла упреждения qi.

Суть изобретения состоит в том, что предлагается формировать текущее значение среднего угла упреждения q в цикле по закону управления в виде дробно-рациональной функции:

где k=1, 0 … в зависимости от условий сближения.

Таким образом, процесс сближения объекта с целью по предлагаемому методу самонаведения проводится в следующем порядке, фиг. 1:

1. Объект, находящийся в точке О, визирует цель (точка O1), момент времени «i-1»; одновременно запоминают значение .

2. Объект перемещают в течение времени T1 до достижения заданного значения величины угла наклона траектории объекта относительно оси инерциальной системы координат x0 с угловой скоростью ωo, при этом средний угол упреждения составит значение qi-1, до точки В, где меняют знак разворота объекта. Значение запоминают.

3. После смены знака ωo объект перемещают до момента «i» - факта визирования цели в точке D траектории объекта, которым заканчивается «i-1»-вый цикл сближения и начинается новый, «i»-тый цикл.

В этот момент:

а/ фиксируют значение ;

б/ производят сравнение и определяют его знак: в данном случае значение положительное, так как в связанной системе координат (относительно оси x) направление угла ∠Е2Е1x0 зафиксировано против часовой стрелки;

в/ вычисляют значение среднего угла упреждения qi в «i»-ом цикле, используя закон управления (3);

г/ производят смену знака разворота на противоположный;

4. Реализуют движение объекта по траектории DE с выходом на заданный в п. 3 в средний угол упреждения qi путем:

а/ перемещения объекта в течении заданного значения T1, которое в «i»-том цикле равно:

справедливо, так как , фиг. 2, или:

б/ достижения заданного значения на траектории объекта величины , которое в «i»-том цикле равно:

справедливо, так как ∠EE1x0=∠EE1N+∠NE1x0, значение ∠EE1N равно 2qi, значение ∠NE1x0 равно ;

5. После смены знака ωo в точке Е траектории объект перемещают до момента «i+1» - факта визирования цели в точке F траектории, которым заканчивается «i»-тый цикл сближения и начинается новый «i+1»-вый цикл.

Дальнейший процесс самонаведения проводят аналогичным методом по пунктам 3, 4, 5 до сближения с целью на минимальное расстояние h, значение которого находится в пределах от 0 до значения:

На фиг. 1, 3, 4 показаны частные примеры сближения объекта и цели по закону (3) при k=1, когда V<V1 на фиг. 1, V1<V при k=1 на фиг. 3 и при k=0 на фиг. 4.

Управление объектом при аппаратной реализации предлагаемого способа осуществляется с помощью функциональной схемы, представленной на фиг. 5, на которой введены следующие обозначения:

4 - Объект с собственной системой стабилизации;

5 - Система управления объектом, осуществляющая самонаведение;

6 - Рулевой привод - реализует управляющее воздействие на объект;

7 - Преобразователь - осуществляет управление рулевым приводом по командам СВМ;

8 - Специализированная вычислительная машина СВМ - управляет процессом наведения по заложенным алгоритмам;

9 - Устройство обмена УО - переводит поступающую информацию на язык СВМ;

10 - Измеритель значения угловой скорости объекта ω;

11 - Командный прибор - реализует инерциальную систему координат, оси которой являются началом отсчета углов наклона траектории объекта. В качестве командного прибора могут быть применены гиро-, астро- или другие устройства;

12 - Локатор цели - фиксирует факт визирования цели, когда вектор скорости объекта направлен на цель;

13 - Цель.

После получения сигнала Δ о факте визирования цели 13, зафиксированного локатором 12, который воспринимается СВМ 8 после его преобразования УО 9, СВМ по записанной программе организует колебательно-поступательное движение объекта 4 путем выдачи команды через преобразовательное устройство 7 на рулевой привод 6, который, в свою очередь, выдает управляющее воздействие δ для разворота объекта 1 с заданной угловой скоростью ω0 - зарегистрированную устройством 10. Одновременно, по сигналу Δ СВМ запоминает текущее значение , полученное от командного прибора 8, естественно, после преобразования УО.

По истечении времени T1 или при достижении объектом значения угла СВМ организует обратный разворот объекта с угловой скоростью -ω0, который заканчивается визированием цели (получением сигнал Δ от локатора). Тогда СВМ считывает через УО с командного прибора 8 значение текущего угла , производит сравнение его со значением в предыдущем цикле, получая значение (положительное или отрицательное), и с использованием этого значения и значения величины среднего угла упреждения предыдущего цикла формирует по закону управления новые текущие значения угла упреждения и времени T1 или угла наклона траектории Θ1.

Данный способ самонаведения может быть использован при сближении объектов в условиях космического пространства и в других случаях, например, в сочетании с методом погони или другими способами самонаведения.

Разъяснение чертежей, приведенных в описании.

Приведенные графические построения являются уменьшенными копиями чертежей, исполненных на миллиметровой бумаге A3. Промахи h определялись как минимальное расстояние между траекториями объекта и цели при разделении их в критической области на мелкие временные отрезки.

Фиг. 1

На чертеже приведен пример встречного сближения цели, которая перемещается со скоростью V1, превышающей скорость объекта V, по траектории 1, и:

- самонаведения объекта по методу погони (траектория 2);

- самонаведения по данному методу (траектория 3, рассчитанная по алгоритму (3) при к=1).

Графически определялись промахи h: для траектории 2 - это «ав», для траектории 3 - это «св».

Фиг. 2

На чертеже обозначены параметры объекта и цели для рассмотрения угловых соотношений и формирования траектории сближения; после проведения анализа закон управления объектом выбран как тренд уменьшения значения на предварительных участках сближения.

Фиг. 3

На чертеже представлен произвольный пример сближении объекта и цели при самонаведении в соответствии с алгоритмом (3) при к=1.

Фиг. 4

На чертеже представлен произвольный пример сближении объекта и цели при самонаведении в соответствии с алгоритмом (3) при к=0.

Фиг. 5

На чертеже показана функциональная схема аппаратной реализации данного способа.

Способ сближения движущегося объекта при самонаведении по информации о факте визирования цели локатором, ось чувствительности которого совпадает с направлением вектора скорости объекта, отличающийся тем, что траекторию объекта формируют в виде циклически повторяющихся дугообразных отрезков, каждые два отрезка объединяют в цикл, который начинается и кончается фактом визирования цели, причем конечный момент визирования предыдущего цикла является начальным моментом текущего, а внутри каждого цикла дугообразное движение производят с максимально возможной, постоянной в цикле угловой скоростью, знак которой меняют по достижению значения величины среднего угла упреждения траектории объекта относительно линии визирования, вычисленного по закону управления для текущего цикла как произведение разности значения этого угла в предыдущем цикле и приращения, положительного или отрицательного, угла наклона траектории объекта в текущем цикле относительно предыдущего, умноженного на коэффициент, зависящий от условий сближения, и дроби, в числителе которой стоит разность значений среднего угла упреждения в предыдущем цикле и приращения, положительного или отрицательного, угла наклона траектории объекта в текущем цикле относительно предыдущего, а в знаменателе - сумма указанных величин.



 

Похожие патенты:

Предложен способ наведения летательных аппаратов (ЛА) на наземные объекты. В способе управление наведением на наземные объекты осуществляется одновременно в наклонной плоскости, положение которой определяется направлением земной скорости ЛА, и в вертикальной плоскости, исходя из условия обеспечения и стабилизации требуемого разрешения радиолокационных изображений наземных объектов, с использованием метода пропорционального наведения со смещением угловых скоростей линии визирования наземного объекта в обеих плоскостях управления ЛА.

Изобретение относится к системам автономной навигации летательных аппаратов (ЛА), в частности к системам навигации ЛА, включающим в свой состав бортовые радиолокационные средства, обеспечивающие приведение ЛА к наземным объектам (НО).

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах автосопровождения заданного объекта визирования (ОВ), а также в системах самонаведения подвижных носителей с инерциальной измерительной системой.

Изобретение относится к военной технике, а более конкретно к способу управления движением летательного аппарата. Совмещение стабилизированной линии визирования производят последовательно с каждым объектом визирования.

Изобретение относится к ракетам «земля-воздух» и «воздух-воздух». .

Изобретение относится к области разработки систем управления беспилотными летательными аппаратами и может быть использовано в комплексах управляемого артиллерийского вооружения и других комплексах вооружения, в которых на конечном участке траектории осуществляется самонаведение по методу пропорциональной навигации.

Изобретение относится к области авиационного вооружения, в частности к способам наведения управляемых ракет класса «воздух-воздух» с активными радиолокационными головками самонаведения для поражения целей - постановщиков активных когерентных помех, преимущественно самолетов - помехопостановщиков.

Изобретение относится к области вооружения, в частности к управлению ракетой с лазерной полуактивной головкой самонаведения, захватывающей подсвеченную цель на конечном участке траектории.

Изобретение относится к области систем вооружения, в частности к оптико-электронным системам, обеспечивающим обнаружение, сопровождение, обработку координат различных воздушных, преимущественно низколетящих целей, а также наведение на эти цели средства вооружения зенитных ракетных комплексов ближнего действия.

Изобретение относится к области противовоздушной обороны. Способ управления зенитной управляемой ракетой средней дальности с активной головкой самонаведения при наведении на групповую сосредоточенную цель (ГСЦ) основан на использовании зависимости статистических характеристик угловых шумов радиолокационной цели от ее линейных размеров. Сущность способа состоит в том, что значения угловых координат цели подвергаются адаптивной фильтрации методом α-β-γ сглаживания и алгоритму коррекции. Полученные таким образом значения будут соответствовать угловым координатам реальной цели из состава групповой, а не кажущемуся центру, который может находиться за пределами геометрических размеров объектов локации. Технический результат заключается в повышении точности наведения ракеты в условиях негативного воздействия угловых шумов. 4 ил.

Изобретение может быть использовано в системах управления и самонаведения летательных аппаратов, например ракет. Головка самонаведения содержит оптическую систему, выполненную с возможностью угловых отклонений относительно двух ортогональных осей подвеса по команде от двухосевой системы стабилизации и слежения, последовательно соединенные блок обнаружения и распознавания, блок выделения координат заданной точки цели и блок управления слежением, а также блок памяти и хранения эталонного изображения цели, задаваемого в виде предстартового полетного задания. Введены лазерный излучатель подсвета цели, плоские наклонные зеркала, спектроделитель, первый и второй узкополосные оптические фильтры, первый и второй объективы, лазерный дальномер, блок синхронизации и стробирования. Технический результат - обеспечение надежного и высокоточного функционирования в любое время суток при снижении уровней освещенности, плохой видимости в различных погодных условиях и при организованном противодействии. 2 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к беспилотным летательным аппаратам с лазерными головками самонаведения и может быть использовано в ракетах, размещенных на внешних подвесках авиационных носителей. Захват цели лазерной головкой самонаведения беспилотного летательного аппарата производят следующим образом: подсвечивают цель световым импульсом станции подсвета, размещенной на авиационном носителе, фотоприемным устройством, размещенным в лазерной головке самонаведения беспилотного летательного аппарата фиксируют свечение атмосферы и преобразуют в электрический ток. В устройстве формирования стробирующих импульсов формируют стробирующий импульс, открывающий усилитель лазерной головки самонаведения беспилотного летательного аппарата на время ожидаемого прихода отраженного от цели сигнала. Технический результат - использование разных авиационных носителей с разными типами БПЛА без дополнительной доработки станции подсвета цели носителя. 5 ил.

Изобретение относится к области авиационной техники и может использоваться при разработке авиационных и зенитных управляемых ракет. Предложенный способ поражения цели-постановщика когерентных помех заключается в пространственном разнесении излучателя зондирующего сигнала и приемника отраженного от цели сигнала, которое достигается путем одновременного пуска функционально связанной группы как минимум из двух ракет, передатчики которых излучают на разных частотах, а приемники воспринимают частоты передатчиков соседних ракет. Это практически исключает взаимные помехи, т.к. приемники прицельно настроены на частоту излучаемого сигнала своего передатчика и находятся вне полосы частот приемника. При этом обеспечивается высокоточное наведение ракет, которые необходимо пускать по максимально расходящимся траекториям типа «клещи». Технический результат - повышение эффективности поражения цели-постановщика когерентных помех путем пуска и наведения ракет с активными радиолокационными головками самонаведения, излучающими зондирующие сигналы на разных частотах, с приемниками, настроенными на частоту передатчиков соседних ракет. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх