СИСТЕМА НАВЕДЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ

Полезная модель относится к системам управления высокоточными снарядами, а конкретнее, к области создания и совершенствования системы наведения, в которой осуществляется наведение снаряда по комбинированному методу: на нисходящей ветви траектории - по методу инерциального наведения, а на конечном участке траектории - по методу пропорциональной навигации [1].
В принятых на вооружение высокоточных снарядах система наведения реализует способ теленаведения или полуактивного самонаведения и предназначена для приема импульсов лазерного излучения, формирования команд компенсации силы тяжести, преобразования команд управления в отклонение рулей снаряда.
Известна система наведения противотанковой управляемой ракеты 9М113, в которой реализован способ теленаведения, состоящая из приемника излучения, блока выделения координат, блока формирования одноканального сигнала, гирокоординатора, блока рулевого привода. Пространственная ориентация ракеты, формирования команд компенсации силы тяжести осуществляется с помощью электромеханического гирокоординатора, который имеет сравнительно большие габаритно-весовые характеристики.
Для реализации способа полуактивного самонаведения применяется система наведения снаряда, взятая за прототип, состоящая из носового блока с программным устройством взведения и двигателем отделения, головки самонаведения, автопилотного блока с инерциальным гироскопом, рулевым приводом, блоком питания и преобразования [2].
В качестве измерителя угла наклона продольной оси снаряда в вертикальной плоскости траектории используется инерциальный гироскоп с ламельным датчиком, ламели которого жестко связаны с корпусом снаряда, а токоподвод - с осью наружной рамки карданного подвеса гироскопа. К недостаткам измерителя угла, выполненного на основе инерциального гироскопа с ламельным датчиком, следует отнести значительные габаритно-весовые характеристики, что приводит к уменьшению массы взрывчатого вещества, а соответственно и могущества снаряда, управлению только в вертикальной плоскости.
В настоящее время разработаны цифровые малогабаритно - весовые волоконно-оптические измерители угловой скорости [3]. Поэтому в целях повышения могущества действия осколочно-фугасного снаряда у объекта поражения, реализации на борту объекта управления цифровой системы отсчета и улучшения маневренности снаряда' предлагается для измерения углов, формирования команд управления применять трехосный волоконно-оптический измеритель угловой скорости (ВОИУС).
Структурная схема трехосного ВОИУС представлена на фиг.1. ВОИУС системы наведения снарядом содержит в себе источник излучения с длиной волны 1,55 мкм (суперлюминисцентный диод - 1), блок управления излучателем - 2, деполяризатор - 3, волоконные разветвители (1:2-4) и (1:1-5), разделяющие излучение на три канала, три кольцевых интерферометра Саньяка, чувствительных к трем ортогональным осям, каждый из которых включает в себя многофункциональный интегральный оптический элемент - 6, волоконный контур - 7, устройство фотоприемное - 8 с блоками цифровой обработки - 9, выход последовательного интерфейса RS-485 - 10, микропроцессор - 11, аппаратуру электронную-12.
В ВОИУС используется один излучатель на три волоконных контура. Использование трех устройств фотоприемных позволяет вести непрерывную обрабогкх сигнала с трех каналов независимыми блоками цифровой обработки СБЦО). Каждый из БЦО формирует напряжения для получения пилообразной компенсирующей ступенчатой модуляции оптического излучения для компенсации разности фаз и для внесения постоянного фазового сдвига между встречными оптическими волнами на π/2 рад с помощью вспомогательной фазовой модуляции.
ВОИУС работает следующим образом: аналоговый сигнал о наличии угловой скорости (сигнал рассогласования) с устройства фотоприемного (8) поступает на аналогово-цифровой преобразователь БЦО (9). В БЦО высокоскоростной аналогово-цифровой преобразователь под управлением цифрового автомата, реализованного на программируемой логической интегральной схеме, преобразует аналоговый сигнал в цифровой. В программируемой логической интегральной схеме цифровой сигнал с аналогово-цифрового преобразователя демодулируется, и полученный цифровой код со знаком, соответствующий знаку сигнала рассогласования, поступает на цифровой интегратор. Код с интегратора используется для получения наклона фазовой «пилы» - 13 соответствующего скорости вращения. Преобразованный в цифро-аналоговом преобразователе сигнал в виде ступенчатого пилообразного напряжения поступает на многофункциональный интегральный оптический элемент (6). Контур обратной связи замыкается с помощью пилообразной фазовой модуляции. Амплитуда фазовой модуляции автоматически поддерживается у значения 2π рад. При этом разность фаз компенсируется сигналом с частотой, определяемой соотношением:
,
где D - диаметр волоконного контура, м;
λ - длина волны в вакууме, м;
n - эффективный показатель преломления моды в волокне;
-1
Ω - скорость вращения, с.
д
д
у
у
тпв
αт
-αт
Принцип формирования сигналов бортовой аппаратурой управления снарядом на нисходящей ветви траектории с использованием трехосного ВОИУС представлен на фиг.2, где а - положение ВОИУС при включении; б - траектория полета снаряда; АБВ - баллистический участок полета; Б -точка включения ВОИУС; ВГ - участок программного наведения; ГД - участок самонаведения; Х - направление канала оси Х ВОИУС; φ - угол крена; α - текущее значение угла пеленга; δ - Углы отклонения рулей; α - требуемый угол пеленга в вертикальной плоскости; U, U - соответствующее напряжение на аэродинамические рули снаряда.
д
д
д
пв
д
д
тпв
пв
тпв
д
В начале полета ось чувствительности ВОИУС Х совпадает с продольной осью снаряда, ось Y совпадает с вертикальной осью, а ось Z с поперечной. При этом образуются соответствующие каналы управления по тангажу, крену и курсу. В момент времени, определяемый дальностью стрельбы, происходит включение ВОИУС. Если при этом снаряд находится в покое относительно инерциального пространства, оба луча в волоконном контуре распространяются встречно по оптическому пути одинаковой длины. Под действием силы тяжести продольная ось снаряда разворачивается в вертикальной плоскости, образуя угол пеленга α, при этом оптическая система ВОИУС вращается в инерциальном пространстве с угловой скоростью Ω, между оптическими волнами в волоконном контуре возникает разность фаз. В блоке цифровой обработки ВОИУС происходит определение угловой скорости канала Х по разности фаз. Значение угловой скорости канала Х с выхода последовательного интерфейса поступает в микропроцессор, где рассчитывается текущее значение угла пеленга. Текущее значение угла пеленга сравнивается с требуемым значением для данного типа снаряда α. Если выполняется условие α>α, то микропроцессор выдает сигнал в электронную аппаратуру, где формируется команда управления рулевым приводом снаряда, создающим управляемую перегрузку в вертикальной плоскости траектории. При развороте снаряда в горизонтальной плоскости, например, под воздействием ветра, аналогичным образом будет формироваться команда управления по каналу Z.
Рули снаряда работают в трехпозиционном релейном импульсном режиме. Ось поворота рулей жестко связана со снарядом и вращается вместе с ним. Управляющая сила, создаваемая рулями, направлена под прямым углом к оси вращения рулей. На время выработки команды управления рули одного канала отклоняются от нейтрального положения на заданный постоянный угол (±5°). При отсутствии команды управления рули возвращаются в нейтральное положение. При повороте снаряда по крену на 180° микропроцессор выдает команду, и рули перебрасываются из нейтрального положения в положение, противоположное первому на тот же угол. В результате за оборот создается результирующая управляющая сила в плоскости стрельбы, обеспечивающая компенсацию влияния нормальной составляющей силы тяжести и влияния ветра. Дальнейшее движение снаряда происходит практически с постоянным углом наклона оси снаряда к земной поверхности.
Источники информации
1. Оценка эффективности огневого поражения ударами ракет и огнем артиллерии [Текст]: военно-теоретический труд / Под общ. редакцией А.А.Бобрикова. - СПб.: «Галея Принт», 2006. - 424 с.
2. 152 - мм выстрел 3ВОФ64 (3ВОФ93) с осколочно-фугасным управляемым снарядом 3ОФ39 и зарядом №1 (уменьшенным переменным зарядом). Техническое описание и инструкция по эксплуатации [Текст]. - М.: Воениздат, 1990. - 104 с.
3. Измеритель угловой скорости волоконно-оптический. Заявка №2003500928/49 (012923) Приоритет: 24.04.2003. Авторы: Коркишко Ю.Н., Федоров В.А., Прилуцкий В.Е., Пономарев В.Г., Пылаев Ю.К.