ЛАЗЕРНАЯ ПОЛУАКТИВНАЯ ГОЛОВКА САМОНАВЕДЕНИЯ
LASER SEMIACTIVE SELF-HOMING HEAD

Предлагаемое изобретение относится к лазерным полуактивным головкам самонаведения (ГСН), используемым для формирования сигналов управления артиллерийскими управляемыми снарядами и ракетами.
Известна ГСН, описанная в книге «152-мм выстрел 3ВОФ64 (3ВОФ93) с осколочно-фугасным управляемым снарядом 3ОФ30 и зарядом №1 (уменьшенным переменным зарядом)». М., «Военное издательство», 1990 г., стр.35-44, включающая гирокоординатор цели, содержащий многоплощадочное фотоприемное устройство (ФПУ), гироскоп с системой коррекции, и электронный блок, включающий линейную и релейную следящие системы. В свою очередь линейная следящая система включает последовательно соединенные блок усилителей, блок пиковых детекторов, схему суммо-разностной обработки, схему нормирования, логическую схему, а также сумматор и пороговое устройство, причем вход сумматора соединен с выходом усилителей, а выход его - со входом порогового устройства. Релейная следящая система включает последовательно соединенные второй блок усилителей, блок пороговых устройств, вторую схему суммо-разностной обработки и формирователь выходных сигналов. Кроме этого в состав электронного блока входит схема ИЛИ, селектор и усилитель мощности, причем входы схемы ИЛИ соединены с выходами первого и второго пороговых устройств, выход ее соединен со входом селектора, вход усилителя мощности соединен с выходами формирователя выходных сигналов и схемы нормирования, а выходы его соединены с обмотками управления магнитоэлектрического датчика момента системы коррекции гироскопа гирокоординатора, входы первых и вторых усилителей соединены с выходами многоплощадочного фотоприемного устройства, а выходы логической схемы соединены со входом многоплощадочного фотоприемного устройства и вторым входом блока усилителей линейной следящей системы. При попадании импульса отраженного лазерного излучения от цели на одну из площадок ФПУ на выходе схемы ИЛИ формируется импульс, поступающий на вход селектора. При этом селектор формирует на выходе два строб-импульса, с задержкой относительно первого пришедшего входного импульса на величину одного и двух периодов повторения импульсов лазерного излучения соответственно. Эти импульсы стробируют компаратор линейной следящей системы и блок компараторов релейной следящей системы, разрешая поступление на вход селектора импульсов с периодом повторения равным периоду повторения импульсов подсвета. При попадании на вход селектора двух стробированных импульсов он переходит в режим слежения. При нахождении лазерного излучения на одной из периферийных площадок на выходе формирователя выходных сигналов формируется сигнал рассогласования, поступающий через усилитель мощности в обмотки управления системы коррекции. При этом гироскоп быстро прецессирует, перемещая пятно рассеяния на центральные площадки, после чего релейные каналы отключаются. При этом амплитуды усиленных импульсов с выходов центральных площадок запоминаются пиковыми детекторами, схема суммо-разностной обработки формирует сигнал рассогласования, поступающий через усилители мощности в обмотки управления системы коррекции, обеспечивающей удержание пятна рассеяния от цели в центре ФПУ. Динамический диапазон оптического сигнала обеспечивается снижением коэффициентов усиления входных усилителей и усилителей ФПУ под управлением схемы нормирования и логической схемы.
Недостатком описываемой ГСН является ее низкая помехозащищенность в случае повышения уровня шума чувствительных элементов приемника излучения, обусловленного, например, воздействием одиночного удара большой интенсивности при выстреле или деградацией фоточувствительного слоя при хранении. При этом повышенный уровень шума с приемника излучения вызывает формирование ложного сигнала наличия цели в поле зрения ГСН и соответственно неработоспособность ГСН.
Задача предлагаемого изобретения - повышение помехозащищенности головки самонаведения. Указанная задача достигается тем, что в лазерную полуактивную головку самонаведения, содержащую гирокоординатор, включающий многоэлементный приемник излучения и гироскоп с обмотками управления системы коррекции, последовательно соединенные первый многоканальный усилитель и первый блок компараторов, последовательно соединенные блок пиковых детекторов, первую схему суммо-разностной обработки и блок усилителей мощности, последовательно соединенные второй многоканальный усилитель, второй блок компараторов, блок триггеров и вторую схему суммо-разностной обработки, а также схему ИЛИ и селектор, причем выходы периферийных чувствительных элементов приемника излучения соединены со входами второго многоканального усилителя, выходы центральных чувствительных элементов приемника излучения соединены со входами первого многоканального усилителя, первый и второй выходы блока усилителей мощности, являющиеся выходами головки самонаведения, соединены с одноименными входами обмоток управления системы коррекции, первый выход селектора соединен с вторым входом блока триггеров и первым входом блока пиковых детекторов, выход второй схемы суммо-разностной обработки соединен со вторым входом блока усилителей мощности, а на вторые входы первого и второго блоков компараторов поступает опорное напряжение, введены последовательно соединенные генератор импульсов, таймер, первый регистр и ключ, последовательно соединенные первый блок счетчиков, второй регистр, первая схема И-ИЛИ, схема запрета и триггер, также вторая схема И-ИЛИ, схема И и второй блок счетчиков, причем выход генератора соединен с первыми входами первого и второго блоков счетчиков, выход таймера соединен со вторым входом второго регистра, выход первого регистра соединен с первым входом второй схемы И-ИЛИ и вторым входом первой схемы суммо-разностной обработки, второй выход селектора соединен с первым входом схемы И, со вторым входом ключа и третьим входом блока триггеров, выход схемы И соединен с входом селектора, а ее второй вход - с выходом схемы ИЛИ и вторым входом схемы запрета, выход триггера соединен с третьим входом второго блока компараторов, выход первого блока компараторов соединен со вторыми входами второго блока счетчиков и второй схемы И-ИЛИ, выход второго блока компараторов соединен со вторыми входами первого блока счетчиков и первой схемы И-ИЛИ, выход которой соединен с первым входом схемы ИЛИ, выход второй схемы И-ИЛИ соединен со вторым входом схемы ИЛИ, выход второго регистра соединен с четвертым входом блока триггеров, выход ключа соединен со входом блока пиковых детекторов, выход второго блока счетчиков соединен со вторым входом первого регистра, а выход первого многоканального усилителя соединен с третьим входом ключа.
Увеличение помехозащищенности обеспечивается введением контроля до начала приема лазерного излучения в каждом из каналов обработки величины порог/шум с последующим, в случае необходимости, исключением шумящего канала при селекции сигналов и измерении угловой скорости линии визирования цели.
На фигуре приведена структурная схема, где
- 1 - многоэлементное, например восьмиэлементное ФПУ;
- 2, 6 - многоканальный, например четырехканальный усилитель (БУ1, БУ2);
- 3, 13 - блок компараторов (БКМП 1, БКМП 2)
- 4, 9 - схема И-ИЛИ(И-ИЛИ 2, И-ИЛИ 1);
- 5 - схема ИЛИ;
- 7 - таймер (ТМ);
- 8 - генератор (Г);
- 10 - ключ (К);
- 11, 12 - блок счетчиков (БСТ 2, БСТ 1);
- 14 - блок триггеров (БТ);
- 15 - блок пиковых детекторов (ПД);
- 16, 17 - регистр (РЕГ 1, РЕГ 2);
- 18 - триггер (Т);
- 19, 24 - схема суммо-разностной обработки (СРО 1, СРО 2);
- 20 - схема запрета (З);
- 21 - селектор (СЕЛ);
- 22 - схема И (И);
- 23 - блок усилителей мощности (УМ);
- 25 - обмотки управления системы коррекции (ОУ).
Работает головка самонаведения (ГСН) следующим образом. При подаче питания на ГСН и отсутствии импульсов подсвета цели, обеспечиваемых задержкой времени включения прибора подсвета относительно времени подключения батарей питания, на выходах первого и второго многоканальных усилителей 2, 6 формируются выходные сигналы, определяемые уровнем шумов соответствующих элементов ФПУ устройства. Генератор формирует тактовые импульсы, поступающие на первые входы первого и второго блоков счетчиков 12, 11 и на вход таймера 7, формирующего импульс через время, равное измерительному интервалу Т, осуществляющий перезапись содержимого старшего разряда каждого из счетчиков второго и первого блока счетчиков 11, 12 в соответствующие разряды первого 16 и второго 17 регистров. При наличии логической 1 на выходе одного из компараторов первого блока компараторов 3 разрешается счет соответствующего счетчика импульсов второго блока счетчиков 11, при наличии логической 1 на выходе одного из компараторов второго блока компараторов 13 - счет соответствующего счетчика первого блока счетчиков 12. При этом время нахождения выхода каждого из компараторов первого и второго блоков компараторов 3, 13 в единичном состоянии t определяется соотношением:
ш
где σ - с.к.о шума;
Т - величина измерительного интервала (0,2-0,5 с);
0
U - величина порога соответствующего компаратора.
Количество импульсов, накопленное соответствующим счетчиком к концу измерительного интервала, определяется соотношением:
0
где f - тактовая частота генератора.
ш
0
Число импульсов, необходимых для переключения старшего разряда счетчика в состояние логической 1, определяется по соотношениям (1), (2) при заданном критическом соотношении σ и U, при которых еще возможна уверенная селекция импульсов подсвета. При этом по окончании измерительного интервала в регистрах 16, 17 хранятся номера каналов, соотношение порог/шум для которых ниже критического. Для исключения возможности попадания на вход селектора импульсов, сформированных по шумовому сигналу, разряды регистров 16, 17 устанавливаются в состояние 1 установочным импульсом, формируемым после подачи питания на ГСН. Этим же импульсом осуществляется сброс триггера 18 для разрешения работы ГСН по периферийным каналам, а также сброс первого и второго блоков счетчиков 12, 11.
0
0
При включении прибора подсвета и попадании отраженного от объекта импульса подсвета в поле зрения ГСН, на выходах ФПУ 1 формируются импульсы напряжения, пропорциональные энергии излучения, попавшей на каждую из чувствительных площадок ФПУ 1. Усиленные импульсы с периферийных каналов с выхода второго многоканального усилителя 6 поступают на вход второго блока компараторов 13, а импульсы с центральных каналов с выхода первого многоканального усилителя 2 на вход первого блока компараторов 3. При превышении амплитудой импульса одного из центральных каналов величины порогового уровня U на выходе первого блока компараторов 3 формируются импульсы, поступающие через схему И-ИЛИ 4, схему ИЛИ 5 и схему И 22 на вход селектора 21. При превышении амплитудой импульса одного из периферийных каналов величины порогового уровня U импульсы формируются на выходе второго блока компараторов 13 и через схему И-ИЛИ 9, схему ИЛИ 5 и схему И 22 также поступают на вход селектора 21. При наличии в каком-либо канале недопустимого уровня шумов соответствующий ему триггер устанавливается в состояние логической 1 и запрещает прохождение сигнала этого канала на вход селектора 21. При поступлении первого импульса на вход селектора 21 он формирует на выходе несколько стробирующих импульсов, с задержкой каждого на величину установленного заранее периода повторения импульсов лазерного излучения. Эти импульсы разрешают поступление на вход селектора 21 импульсов с периодом повторения равным установленному. При попадании на вход селектора 21 последовательности из нескольких таких импульсов формируется сигнал, обеспечивающий разарретирование ротора гироскопа и его разгон. Селектор 21 продолжает формирование стробирующих импульсов, которые разрешают также прохождение импульсов центральных площадок через ключ 10 на входы блока пиковых детекторов 15 и запись сигналов состояния периферийных площадок с выхода второго блока компараторов 13 в блок триггеров 14.
Наиболее общим случаем является работа селектора и формирование сигналов управления по сигналам с периферийных площадок. При этом первые импульсы лазерного излучения из-за рассеивания и ошибок наведения снаряда или ракеты попадают на одну из периферийных площадок, определяя тем самым состояние триггеров блока триггеров 14. Сигналы состояния триггеров блока триггеров 14 поступают на вторую схему суммо-разностной обработки 24 и далее через усилитель мощности 23 на обмотки управления системы коррекции 25 для создания корректирующего момента гироскопа. Токи, формируемые в обмотках управления системы коррекции 25, определяются согласно соотношениям:
где A, B, C, D - наличие сигнала на соответствующей периферийной площадке фотоприемного устройства;
∧, ∨, ― - знаки логического умножения, сложения и инверсии;
0
I - фиксированное значение тока.
При вышеуказанных управляющих воздействиях гироскоп быстро прецессирует, перемещая пятно рассеяния на центральные площадки. При наличии шумящего периферийного канала сигналом с выхода второго регистра 17 запрещается запись состояния компаратора этого канала во втором блоке компараторов 13 в блок триггеров 14, что обуславливает равенство нулю соответствующей переменной (A, B, C, D) в соотношениях (3) при формировании сигнала рассогласования во второй схеме суммо-разностной обработки 24. Направление прецессии при этом сохраняется, а время перехода пятна рассеивания на центральные площадки увеличивается примерно на 20% при сохранении динамических характеристик ГСН.
При одновременном отсутствии сигналов с периферийных площадок и наличии их на одной из центральных на выходе схемы запрета 20 формируется установочный импульс триггера 18. Выходным сигналом этого триггера 18 блокируется выходной сигнал второго блока компараторов, после чего сигналы с периферийных площадок исключаются из обработки. При этом запомненные с помощью блока пиковых детекторов 15 значения амплитуд импульсов центральных площадок поступают в первый блок суммо-разностной обработки 19 и далее через усилитель мощности 23 на обмотки управления системы коррекции 25 для создания корректирующего момента. Токи, формируемые в обмотках управления системы коррекции 25, рассчитываются по соотношениям:
max
Iz=I·(a+b-c-d)/(a+b+c+d)
max
Iy=I·(a-b-с+d)/(а+b+с+d),
где a, b, c, d - амплитуды импульсов с соответствующего центрального канала ФПУ;
max
I - величина тока при максимальной скорости автосопровождения.
При этом ротор гироскопа прецессирует в сторону уменьшения угла рассогласования между оптической осью ГСН и направлением на цель. Сигналы на выходах усилителя мощности 23, являющиеся выходами ГСН, используются для формирования сигналов управления снарядом или ракетой. Перед началом очередного стробирующего импульса сигналом со второго выхода селектора 21 осуществляется сброс содержимого блока триггеров 14 и пикового детектора 15.
При наличии шумящего канала сигнал с его выхода блокируется ключом 10 и не запоминается пиковым детектором. При этом сигналы состояния триггеров первого регистра 16 передаются в первую схему суммо-разностной обработки, видоизменяя формулы для расчета токов в обмотках управления системы коррекции 25 следующим образом:
- при шумящем канале а:
max
Iz=I·(b-c)/(b+c)
max
Iy=I·(-c+d/c+d);
- при шумящем канале b:
max
Iz=I·(a-d)/(a+d)
max
Iy=I·(d-c)/(d+c);
- при шумящем канале с:
max
Iz=I·(a-d)/(a+d)
max
Iy=I·(b-a)/(b+а);
- при шумящем канале d:
max
Iz=I·(b-c)/(b+c)
max
Iy=I·(b-a)/(b+a).
Таким образом, ГСН при отключении из-за увеличения уровня шума одного из центральных каналов формирования сигнала с фотоприемника обеспечивает выполнение своих функций по измерению угловой скорости линии визирования цели.
ГСН выполнена с применением стандартных микросхем. В качестве ФПУ используются приборы типа ФУЛ-113. В первом и втором блоках усилителей используется микросхема 1486УД4, в качестве компараторов - микросхема типа 521СА3, блока усилителей мощности - микросхема 1453УД2. Остальные аналоговые узлы выполнены на операционных усилителях серии 140. Цифровая часть может быть выполнена на микросхемах серии 533.