Стенд для полунатурного моделирования системы управления летательного аппарата с головкой самонаведения

Полезная модель относится к устройствам управления летательными аппаратами (ЛА) и может быть использована для полунатурного моделирования, проведения испытаний и проверки работоспособности и управляемости головок самонаведения (ГСН) воздушных и космических ЛА, а также отладки программно-алгоритмического обеспечения бортовых цифровых вычислительных машин (БЦВМ), входящих в состав ГСН.
Известна полезная модель «Стенд для полунатурного моделирования системы самонаведения летательного аппарата»: патент №119087 от 28.03.2012 г. RU (фиг. 1) содержащая отражатель 1, выполненный в виде усеченного эллипсоида вращения, в фокусе F1 которого расположен источник сигналов 2, установленный на двухстепенном поворотном стенде 3, вход которого соединен с первым выходом вычислительно-моделирующего устройства 4, а в фокусе F2 расположен динамический поворотный стенд 5, вход которого соединен со вторым выходом вычислительно-моделирующего устройства 4. Источник сигналов 2 соединен с выходом перестраиваемого генератора электромагнитных волн 6, вход которого соединен с третьим выходом вычислительно-моделирующего устройства 4. В состав стенда входит вычислительно-моделирующее устройство 4, на вход которого поступают сигналы с установленного на динамическом поворотном стенде 5 автопилота 8 совместно с исследуемой ГСН 7, и которое предназначено для вычисления параметров движения ЛА, цели и их совместного движения, а также для управления процессом полунатурного моделирования ГСН.
В качестве прототипа рассматривается стенд для полунатурного моделирования системы самонаведения летательного аппарата (фиг. 1), содержащий динамический поворотный стенд, с расположенной на нем ГСН совместно с автопилотом, источник сигналов, установленный на двухстепенном поворотном стенде, вычислительно-моделирующее устройство, перестраиваемый генератор электромагнитных волн. Источник сигналов, установленный на двухстепенном поворотном стенде, воспроизводит перемещение цели в пространстве и излучение, приходящее от него на ГСН.
Стенд прототипа для полунатурного моделирования системы самонаведения летательного аппарата работает следующим образом.
Вычислительно-моделирующее устройство 4 в общем виде решает уравнения динамики и пространственного движения ЛА, цели и их взаимного движения и, как следствие, формирует сигналы пропорциональные угловым скоростям  и углам ориентации ЛА в пространстве , которые поступают на динамический поворотный стенд 5, на котором установлена исследуемая ГСН 7 совместно с автопилотом 8 и формирует сигналы пропорциональные угловым скоростям  и углам ориентации взаимного движения ЛА и цели в пространстве , которые поступают на двухстепенной поворотный стенд 3. Под действием перечисленных сигналов динамический поворотный стенд 5 и двухстепенной поворотный стенд 3 воспроизводят угловое движение ЛА в пространстве и взаимное угловое движение в пространстве ЛА и цели. Исследуемая ГСН 7 осуществляет поиск, захват и сопровождение отраженного сигнала источника сигналов 2, а автопилот 8, по данным ГСН формирует сигналы, поступающие на вход вычислительно-моделирующего устройства 4, по вычисленным данным которого ,  и ,  происходит разворот как динамического поворотного стенда 5, в направлении ЛА на цель так и двухстепенного поворотного стенда 3, отражающего при этом взаимное угловое перемещение ЛА и цели в пространстве.
Недостатком стенда прототипа являются его конструктивные особенности (механические движущиеся массивные части), не позволяющие воспроизводить предельно большие угловые скорости взаимного углового перемещения ЛА и цели в пространстве, возникающие при сближении летательного аппарата и цели на завершающем этапе полета ЛА: взаимное сближение ЛА с целью, что не позволяет исследовать возникающие при этом процессы. Кроме того, наличие двухстепенного поворотного стенда создает повышенный шум, вибрацию, электромагнитные излучения, вызывает дополнительное электропотребление. Подобные двухстепенные поворотные стенды имеют большую стоимость, занимают значительную площадь, обладают большим весом, требуют периодического обслуживания.
Технический результат и сущность полезной модели заключаются в следующем. Задачей является создание стенда, обеспечивающего высокие технические характеристики, в котором отсутствует механические движущиеся части и который позволяет безынерционно воспроизводить практически любые угловые скорости взаимного углового перемещения ЛА и цели в пространстве и обеспечивать при этом исследование заключительного этапа траекторного движения летательного аппарата: взаимное сближение ЛА и цели.
Указанный технический результат достигается тем, что вместо перестраиваемого генератора электромагнитных волн, двухстепенного поворотного стенда, который по командам вычислительно-моделирующего устройства воспроизводит взаимное угловое положение ЛА и цели и расположенного в фокусе F1 отражателя, представляющего собой половину эллипсоида вращения, усеченного плоскостью симметрии, в фокусе F2 которого расположена испытываемая головка самонаведения совместно с блоком инерциальной системы управления, которая в свою очередь установлена на динамическом поворотном стенде воспроизводящим по командам вычислительно-моделирующего блока угловое движение корпуса ЛА, устанавливается плоская активная фазированная антенная решетка (АФАР), состоящая из n × m излучающих элементов.
Такой стенд позволяет вести отладку пассивных головок самонаведения (ПГСН), или полуактивных головок самонаведения (ПАГСН), или активных головок самонаведения (АГСН). Это достигается включением в состав стенда блока приема и обработки сигналов, блока формирования сигналов подсвета и излучения целей, блока переключения режимов полунатурного моделирования, блока формирования сигналов, отраженных от целей и блока управления излучающими элементами обеспечивается установка в контур управления ЛА ПГСН, или ПАГСН, или АГСН, при этом для активизации излучающих элементов при работе с АГСН используются радиосигналы самой АГСН, а для работы с ПАГСН или с ПГСН используются радиосигналы блока формирования сигналов подсвета и излучения целей, что реализуется с помощью блока переключения режимов полунатурного моделирования, что позволяет осуществлять отладку, испытания, исследование, полунатурное моделирование систем управления и самонаведения ЛА с ПГСН, или с ПАГСН, или с АГСН, а также отладку программно-алгоритмического обеспечения БЦВМ системы управления ЛА с ПГСН, или с ПАГСН, или с АГСН в реальном масштабе времени во всем диапазоне угловых скоростей взаимного углового перемещения ЛА и цели в пространстве и углов поворота ГСН без искажения динамики контура системы самонаведения ЛА, а также проводить исследования процессов, возникающих при сближении ЛА с целью.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема стенда для полунатурного моделирования системы управления ЛА с головкой самонаведения ЛА (фиг. 2), приведена компоновка испытательного стенда, схематически показан отражатель, который представляет собой верхнюю половину эллипсоида вращения, изображенного в вертикальной плоскости сечения, проходящей через фокусы F1 и F2.
На фиг. 1 и фиг. 2 представлены чертежи, поясняющие прототип и заявленное техническое решение, соответственно. На фиг. 1 показаны:
1. Отражатель.
2. Источник сигналов.
3. Двухстепенной поворотный стенд (элемент, используемый только в прототипе).
4. Вычислительно-моделирующее устройство.
5. Динамический поворотный стенд.
6. Генератор электромагнитных волн.
7. ГСН.
8. Автопилот.
На фиг. 2, заявленной полезной модели, использована оцифровка прототипа:
1. Отражатель.
2. АФАР.
4. Вычислительно-моделирующий блок.
5. Динамический поворотный стенд.
6. Блок формирования сигналов подсвета и излучения целей.
7. ГСН (ПГСН, ПАГСН, АГСН).
8. Блок ИСУ.
9. Блок переключения режимов полунатурного моделирования.
10. Блок формирования сигналов, отраженных от целей.
11. Блок управления излучающими элементами АФАР.
12. Блок приема и обработки сигналов.
Стенд для полунатурного моделирования системы управления летательного аппарата с головкой самонаведения, содержащий отражатель, выполненный в виде усеченного эллипсоида вращения, с фокусами F1 и F2, в котором расположен динамический поворотный стенд, вход которого соединен с первым выходом вычислительно-моделирующего блока, на вход которого по двунаправленной линии связи поступают команды с установленного на динамическом поворотном стенде блока инерциальной системы управления совместно с исследуемой ГСН, а в фокусе F1 усеченного эллипсоида вращения, располагается плоская АФАР состоящая из n×m излучающих элементов, вход которой соединен с выходом блока управления излучающими элементами АФАР, первый вход которого соединен со вторым выходом вычислительно-моделирующего блока, а второй вход блока управления излучающими элементами АФАР соединен с выходом блока формирования сигналов, отраженных от целей, первый вход которого соединен с третьим выходом вычислительно-моделирующего блока, а второй вход соединен с выходом блока приема и обработки сигналов, первый вход которого соединен с четвертым выходом вычислительно-моделирующего блока, а второй вход блока приема и обработки сигналов соединен с выходом блока переключения режимов полунатурного моделирования, первый вход которого соединен с ГСН, а второй вход соединен с выходом блока формирования сигналов подсвета и излучения целей, вход которого соединен с пятым выходом вычислительно-моделирующего блока.
Стенд для полунатурного моделирования ГСН работает следующим образом.
Например, для проведения полунатурного моделирования АГСН 7 ее устанавливают на динамический поворотный стенд 5 и переводят блок 9 переключения режимов полунатурного моделирования в положение как показано на фиг.2, обеспечивающее подачу зондирующего импульса от передатчика АГСН 7 на вход блока 12 приема и обработки сигналов для обработки и передачи сигнала на вход блока 10 формирования сигналов, отраженных от целей, где по информации поступающей от вычислительно-моделирующего блока 4 преобразовываются в сигналы, которые соответствуют характеристикам цели: дальности и скорости движения относительно АГСН, эквивалентной площади рассеяния, ракурсу цели. При этом динамика углового движения ЛА воспроизводится с помощью динамического поворотного стенда 5 по командам вычислительно-моделирующего блока 4, а взаимное угловое перемещение ЛА и цели воспроизводится за счет фазового сдвига в излучении каждого излучающего элемента АФАР 2, под управлением блока 11 управления излучающими элементами по информации от вычислительно-моделирующего блока 4 и блока 10 формирования сигналов, отраженных от целей. В результате АГСН осуществляет поиск и захват цели на автосопровождение по командам блока инерциальной системы управления 8, которые рассчитываются по информации о поступательном движении ЛА, полученной по виртуально измеренным параметрам движения ЛА датчиками ИСУ и переданной по двунаправленной линии связи в блок ИСУ 8 из вычислительно-моделирующего блока 4, куда от блока ИСУ 8 по той же двунаправленной линии связи поступают команды, управляющие динамикой движения ЛА.
Для организации полунатурного моделирования ПГСН 7 либо ПАГСН 7 переключатель блока переключения режимов полунатурного моделирования 9 переводят в положение противоположное, показанному на фиг. 2. Тогда блок формирования сигналов подсвета (для ПАГСН) и излучения целей (для ПГСН) 6 генерирует соответствующие сигналы по информации от вычислительно-моделирующего блока 4.
Применение стенда для полунатурного моделирования системы управления ЛА с головкой самонаведения позволяют проводить отработку взаимодействия всех бортовых систем ЛА, участвующих в работе систем управления и самонаведения ЛА, отладку программно-алгоритмического обеспечения БЦВМ, системы управления ЛА и ГСН в реальном масштабе времени во всем диапазоне угловых скоростей линии визирования «ЛА-цель» без искажения динамики контура системы наведения и самонаведения ЛА, с ГСН пассивного, полуактивного и активного типа и исследовать при этом процессы, возникающие при сближении летательного аппарата и цели. Это обеспечивает более всестороннюю отладку системы управления ЛА с головкой самонаведения, что приводит к значительному уменьшению затрат на последующие натурные испытания.
При создании стенда, его блоков, элементов, могут быть использованы компоненты отечественного производства. В частности, в качестве вычислительно-моделирующего блока 4 может быть применена ЭВМ из серии «Эльбрус».
Дополнительно, на заявленной полезной модели, в случае установки на динамическом поворотном стенде вместо ГСН и блока ИСУ измерительного устройства, может быть проведено измерение характеристик подрешетки АФАР, в частности
измерение диаграммы направленности подрешетки АФАР,
измерение амплитудно-фазового распределения на элементах АФАР,
определение точности установки главного лепестка диаграммы направленности подрешетки АФАР по азимуту и углу места.