СПОСОБ СБЛИЖЕНИЯ ДВИЖУЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА ПРИ САМОНАВЕДЕНИИ ПО ИНФОРМАЦИИ О ФАКТЕ ВИЗИРОВАНИЯ ЦЕЛИ
METHOD FOR APPROACHING OF MOVING OBJECT AT SELF-GUIDANCE AS PER INFORMATION ON FACT OF TARGET LOCALISATION

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.
0
Для решения этой задачи предлагается перемещать объект по траектории, состоящей из дугообразных отрезков, по которым объект двигается с максимально возможной постоянной угловой скоростью ω. Два дугообразных отрезка объединяются в цикл, который начинается и заканчивается по факту визирования цели, фиг. 2, где:
1
OABCDEF … - траектория объекта при самонаведении;
1
ONM - траектория цели;
1
1
1
1
2
2
OO, DN, FM - линии визирования цели в моменты времени «i-1», «i», «i+1» соответственно, которые параллельны линиям: OO || DD || EE, DN || MM;
0
ось x - 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;
1
V - линейная скорость цели;
2
2
1
OO=OA=R,
где R - радиус разворота объекта,
1
0
2
1
0
1
0
1
1
0
∠OOx=∠ЕЕx, ∠NEx=∠NNE - углы наклона траектории объекта относительно оси инерциальной системы координат x в моменты визирования цели; ,  значения этих углов в моменты времени «i-1», «i» соответственно;
2
1
1
0
2
1
0
1
1
2
2
∠EEN=|∠NEx-∠EE x|=∠NNE, откуда , значение ∠MMF: , так как DN параллельна ММ;
0
,  - количественное приращение значений углов наклона траектории относительно оси инерциальной системы координат x в текущих циклах относительно предыдущих в момент визирования цели.
1
Знак величины  от точки D или E 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.
0
1
0
1
0
∠xBB, ∠xEE - заданные углы наклона траектории объекта относительно оси инерциальной системы координат x, определяющие момент смены знака разворота объекта; ,  - значения этих угловых величин в циклах и «i»;
1
2
1
i-1
i
∠OOB=∠OOA, ∠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, q, q - -значения этих углов;
1
1
1
1
1
- значение величины угла ∠CCD; , так как ∠CCD=∠NNE; знак  имеет положительное значение, если относительно CC 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.
o
i-1
o.
После визирования цели в точке О объекту придают движение по дуговому отрезку ОВ с угловой скоростью ω. По достижению объектом заданного значения q в точке В знак ω 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:
i
и с учетом полученного значения величины  задают вычисленное по закону управления «i»-oe значение среднего угла упреждения q.
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
1. Объект, находящийся в точке О, визирует цель (точка O), момент времени «i-1»; одновременно запоминают значение .
1
0
o
i-1
2. Объект перемещают в течение времени T до достижения заданного значения  величины угла наклона траектории объекта относительно оси инерциальной системы координат x с угловой скоростью ω, при этом средний угол упреждения составит значение q, до точки В, где меняют знак разворота объекта. Значение  запоминают.
o
3. После смены знака ω 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 ;
<mrow />
2
1
0
б/ производят сравнение  и определяют его знак: в данном случае значение  положительное, так как в связанной системе координат (относительно оси x) направление угла ∠ЕЕx зафиксировано против часовой стрелки;
i
в/ вычисляют значение среднего угла упреждения q в «i»-ом цикле, используя закон управления (3);
г/ производят смену знака разворота на противоположный;
i
4. Реализуют движение объекта по траектории DE с выходом на заданный в п. 3 в средний угол упреждения q путем:
1
а/ перемещения объекта в течении заданного значения T, 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:
1
0
1
1
0
1
i
1
0
справедливо, так как ∠EEx=∠EEN+∠NEx, значение ∠EEN равно 2q, значение ∠NEx равно ;
o
5. После смены знака ω 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:
1
1
На фиг. 1, 3, 4 показаны частные примеры сближения объекта и цели по закону (3) при k=1, когда V<V на фиг. 1, V<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.
0
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 ω - зарегистрированную устройством 10. Одновременно, по сигналу Δ СВМ запоминает текущее значение , полученное от командного прибора 8, естественно, после преобразования УО.
1
0
1
1
По истечении времени T или при достижении объектом значения угла  СВМ организует обратный разворот объекта с угловой скоростью -ω, 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 T или угла наклона траектории Θ.
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
1
На чертеже приведен пример встречного сближения цели, которая перемещается со скоростью V, 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.