ЛАЗЕРНАЯ ПОЛУАКТИВНАЯ ГОЛОВКА САМОНАВЕДЕНИЯ

Лазерная полуактивная головка самонаведения
Представляемая полезная модель относится к оптоэлектронике и может быть использована в оптоэлектронных устройствах наведения, в частности в качестве лазерной полуактивной головки самонаведения (ЛПГС).
Известны подобные системы наведения 1, 2, 3, 4. Недостатками представленных в 1, 2 устройств наведения являются большие габариты и сравнительно невысокая надежность, связанные с большим количеством дискретных электронных компонентов схемы, а также жесткий неуправляемый алгоритм работы, обусловленный построением схемы на основе жесткой логики.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является ЛПГС снаряда Краснополь 3, 4, принятая за прототип. Она содержит, (Фиг. 1) многоплощадочное фотоприемное устройство (ФПУ), блоки усилителей (БУц), пиковых детекторов (БПД), суммарно-разностной обработки (БСРОц), нормирования (БН), автоматической регулировки усиления (БАРУ), сумматор (Y) и компаратор (К) сигналов с центральных площадок ФПУ, а также блоки усилителей (БУп), компараторов (БК), триггеров (БТр), суммарно-разностной обработки (БСРОп) сигналов с периферийных площадок ФПУ и, кроме того, суммирующий усилитель мощности (УМ) координатных сигналов в обмотках управления ротором гироскопа, схему ИЛИ, блок выработки сигналов управления рулями носителя (БУРН), блок распознавания (селекции) принимаемых полезных сигналов на фоне шумов и помех и управления всеми звеньями ЛПГС (БСУ), обмотки OKI, OK2, ОКЗ, ОК4, ОКБ ротором гироскопа.
Недостатками прототипа являются:
1) Большие габариты ЛПГС, обусловленные сложностью схемы с большим количеством дискретных радиоэлементов.
Ж/f7//
МПКР42В15/01 G01S3/78
2)Жесткий неуправляемый алгоритм обработки входных сигналов.
3)Малое возможное количество кодовых частот () и законов кодирования.
Задача предлагаемой полезной модели заключается в существенном уменьшении габаритов ЛПГС путем упрощения ее схемы и конструкции с сохранением основных технических характеристик ЛПГС, в обеспечении гибкоизменяемого алгоритма обработки входных сигналов и увеличении возможного числа кодовых частот и законов кодирования. При применении предлагаемой ЛПГС улучшаются помехоустойчивость, надежность системы самонаведения, а также увеличивается объем полезного груза на носителе ЛПГС.
Поставленная задача решается в предлагаемой ЛПГС, состоящей из восьмиплощадочного ФПУ, четырех пиковых детекторов, пяти компараторов, быстрого сумматора сигналов с центральных площадок ФПУ, схемы ИЛИ, четырех триггеров, усилителя мощности сигналов в обмотках управления ротором гироскопа.
Предлагаемая ЛПГС отличается от прототипа тем, что в схему введен микроконтроллер. Это дало возможность исключить блоки суммарно-разностной обработки, нормирования и автоматической регулировки усиления сигналов с центральных площадок, блоки суммарно-разностной обработки сигналов с периферийных площадок ФПУ, блок селекции принимаемых полезных сигналов на фоне шумов и помех и управления, блок выработки сигналов управления рулями носителя, за счет чего существенно уменьшены габариты ЛПГС.
Сущность предлагаемой ЛПГС поясняется структурной схемой, представленной на фиг. 2 и состоящей из восьмиплощадочного четырехквадрантного фотоприемного устройства (ФПУ) 1 с периферийными (An, Bn, Cn, Dn) и центральными (Ац, В ц, Сц, Dn,) чувствительными площадками, при этом выходы чувствительных площадок соединены со входами усилителей 2, выходы усилителей 2 сигналов с центральных площадок соединены со входами пиковых детекторов 3 и сумматора 4, а выходы усилителей 2 сигналов с периферийных площадок соединены со входами компараторов 5, вход компаратора 6 связан с
€V/
выходом сумматора 4, а выход компаратора 6 подключен к одному из входов схемы ИЛИ 7, причем на опорные входы компараторов подано пороговое напряжение срабатывания Unop., при этом выходы компараторов 5 подключены ко входам схемы ИЛИ 7 и ко входам триггеров 8, при этом вновь введенный в схему ЛПГС микроконтроллер 9 своими аналоговыми выходами подключен ко входам усилителя мощности 10, выходы которого связаны с обмотками 11, 12 управления ротором гироскопа (на фиг. 2 не показан), при этом аналоговые входы микроконтроллера 9 подключены к выходам пиковых детекторов 3 и триггеров 8, цифровой вход микроконтроллера 9 подключен к выходу схемы ИЛИ 7, первый цифровой выход микроконтроллера 9 подключен ко входам переключения усиления усилителей 2, второй цифровой выход - ко входам отключения усилителей сигналов с периферийных площадок ФПУ, третий - ко входам стробирования пиковых детекторов 3 и компараторов 5, 6, четвертый ко входам обнуления пиковых детекторов 3 и триггеров 8, при этом еще с четырех цифровых выходов микроконтроллера 9 снимаются сигналы управления рулями носителя.
ЛПГС работает следующим образом:
При попадании на одну из периферийных площадок ФПУ 1 (Ап, Вп, Сп, Dn) пятна отраженного от подсвеченного объекта излучения, прошедшего оптическую систему ЛПГС в одном из усилителей 2 возникает сигнальный импульс, который проходит через соответствующий компаратор 5 с установленным порогом обнаружения Unop на вход схемы ИЛИ 7 и далее на цифровой вход микроконтроллера 9, в котором фиксируется время прихода импульса и запускается программа обнаружения (см. блок-схему алгоритма работы микроконтроллера на Фиг. 3). Одновременно сигнальный импульс проходит через соответствующий триггер 8 на аналоговый вход микроконтроллера 9.
В результате отработки микроконтроллером 9 программы обнаружения подтверждается факт появления сигнальных импульсов на фоне шумов и помех, вырабатывается команда Захват (Фиг. 3), под действием которой снимается с
арретира и раскручивается ротор гироскопа и запускается программа измерения. В результате отработки программы измерения микроконтроллер 9 вырабатывает аналоговые сигналы максимальной амплитуды, которые проходят через усилители мощности 10 в обмотки И, 12 управления ротором гироскопа и вызывают максимально быструю отработку ЛПГС начального углового рассогласования и, соответственно установление оси подвижной части ЛПГС в направлении на подсвеченный объект, после чего микроконтроллер 9 на своем втором цифровом выходе вырабатывает команду отключения периферийных площадок ФПУ 1, воздействующую на соответствующие усилители 2.
При попадании светового пятна на центральные площадки ФПУ 1 возникают сигнальные импульсы в соответствующих усилителях 2, далее в пиковых детекторах 3 и на соответствующих аналоговых входах микроконтроллера 9.
Микроконтроллер 9 в ответ на сигналы с пиковых детекторов 3 выдает соответствующие рассогласованию пятна относительно центра ФПУ 1 по величине и знаку сигналы в обмотки 11, 12 управления ротором гироскопа, в результате чего ЛПГС переходит в режим самонаведения, то есть слежения с требуемой точностью оптической оси ЛПГС за направлением на объект наведения, и с четырех цифровых выходов микроконтроллера 9 снимаются сигналы управления рулями носителя.
При достижении входными сигналами в процессе их роста заданного уровня микроконтроллер 9 вырабатывает на соответствующем цифровом выходе команду переключения коэффициентов усиления усилителей 2 для увеличения динамического диапазона по входному сигналу.
Кроме того, в процессе обнаружения и дальнейшей работы ЛПГС микроконтроллер 9 вырабатывает импульсы стробирования пиковых детекторов 3 и компараторов 5, 6 и импульсы обнуления, определяющие рабочую длительность сигналов с пиковых детекторов 3 и триггеров 8.
Конструктивно вся электронная схема предлагаемой ЛПГС, соответствующая структуре, изображенной на Фиг. 2, занимает три стандартных
круглых платы, по сравнению с десятью такими же платами в изделии Краснополь. При этом в схеме используется микроконтроллер TN80C196KC20, микросхемы серий AD827, AD843, МАХ908, МАХ909, 590КН10, 590КН13 и некоторые другие, причем все используемые микросхемы широкого применения.
Использование микроконтроллера позволяет легко реализовывать различные алгоритмы обнаружения полезных сигналов и вводить в память необходимое число кодовых частот и законов кодирования. Для этого необходимо лишь внести необходимые изменения в программу работы микроконтроллера и перепрогрммировать запоминающее устройство.
Итак, в предлагаемой ЛПГС, благодаря использованию микроконтроллера, решена задача существенного уменьшения габаритов, запоминания большего, чем в прототипе числа кодовых частот () и законов кодирования, что позволяет существенно увеличить мощность заряда доставляемого носителем, а также повысить помехоустойчивость и надежность работы ЛПГС.
Источники информации:
1)Патент США №3696248, по НКИ 259-203, опубл. в 1972 г.
2)Система наведения выстреливаемого из пушки управляемого снаряда, Ф.Х.Моррисон, Д.С.Эмбернтсон, Ракетная техника и космонавтика, т. 16, №2, 1978 г.
3) СНГ принят на вооружение лазерно-наводимый снаряд, JANES DEFENCE WEEKLY 8 August 1992 г.
4)Описание ЛПГС Краснополь - прототип.