Способ юстировки информационных средств зенитной боевой машины и устройство для юстировки информационных средств зенитной боевой машины
METHOD OF IDENTIFICATION OF INFORMATION MEANS OF AIR-DEFENSE FIGHTING MACHINE AND DEVICE FOR IDENTIFICATION OF INFORMATION MEANS THEREOF

Изобретение относится к комплексам, имеющим в качестве информационных средств радиолокационные и оптические системы обнаружения и сопровождения целей и наведения ракет с радиокомандной системой. Изобретение может быть использовано для юстировки систем и комплексов, как комбинированного состава, так и содержащего только радиолокационные или только оптические системы, изменяя при этом состав вспомогательных средств и оборудования для юстировки.
Известны способы юстировки радиолокационных систем по местным предметам, положение которых определено геодезическими или оптическими средствами. Однако, при этом требуется наличие на местности отдельно стоящих, достаточно высоких отражающих объектов или специально установленных на вышках отражателей или излучателей, что требует определенных затрат.
Известен традиционный и наиболее распространенный способ юстировки антенны по вышке [1]. Юстируемая и вспомогательная антенны расположены на некотором удалении друг от друга на высотах, обеспечивающих прямую видимость и отсутствие вблизи линии связи мешающих объектов. Для уменьшения влияния отраженных радиосигналов от земли вспомогательная или юстируемая, или обе антенны располагаются на вышках. По этой причине данный метод измерений параметров антенны по излучению вспомогательной антенны в дальней зоне условно именуют методом вышки.
Известен способ юстировки антенны моноимпульсной системы [2], наиболее близкий по совокупности признаков и выбранный нами в качестве прототипа. Он заключается в том, что на определенном расстоянии от механической оси юстируемой антенны размещают два оптических прибора, связанных с плоскостью раскрыва антенны, наводят линию визирования одного из оптических приборов на источник оптического излучения, второго на геодезическую марку, расположенные вместе со вспомогательной антенной на щите, установленном на вышке, определяют оптическим прибором координаты оптического излучения одновременно с угловыми координатами вспомогательной антенны, определяют разъюстировку антенны, при этом источник оптического излучения и геодезическая марка удалены от фазового центра вспомогательной антенны на расстояния, соответственно, равные смещениям приемника оптического излучения и оптического прибора от оси юстируемой антенны. Существенным недостатком данного способа является использование антенны в качестве переизлучающего средства, что приводит к искажению отраженного сигнала, а также необходимость точного размещения прибора оптического излучения и геодезической марки от фазового центра вспомогательной антенны, угловые координаты которой зависят от ориентации ее электрической оси относительно центра раскрыва юстируемой антенны. Эти факторы приводят к ошибке измерения величины разъюстировки электрической и механической (оптической) осей юстируемой антенны.
Известен котировочный щит, который позволяет проводить юстировку целевых каналов с ракетными [3], выбранный нами в качестве прототипа, на котором установлены вспомогательная антенна с рядом установленным имитатором движущейся цели, оптический излучатель, инфракрасный излучатель. Источник оптического излучения и инфракрасный излучатель удалены от фазового центра вспомогательной антенны на расстояния, соответственно равные смещениям оптико-электронного и инфракрасного пеленгаторов от центра раскрыва антенны радиопеленгатора.. Щит установлен на трехкоординатном приводе, обеспечивающем разворот щита по углу места, азимуту и крену. Имитатор движущейся цели представляет собой устройство переизлучения сигналов, имитирующее доплеровский сдвиг частоты принимаемого сигнала движущейся цели. Щит размещен на вышке, которая установлена на автомобильном шасси и снабжена подъемным механизмом, позволяющим изменять высоту установки щита.
Основным недостатком данного устройства является недостаточная точность юстировки, возникающая из-за относительно низкой достоверности процесса имитации цели, обусловленная тем, что отраженный сигнал на входе юстируемого радиолокатора практически всегда существует в комбинации с сигналом, отраженным от находящейся поблизости или непосредственно рядом с имитируемой целью подстилающей поверхности, возникает искажение сигнала от различных надстроек или каких либо металлических объектов (в частности от подъемного механизма вышки). Применение трехкоординатного привода для наведения щита с приборами на юстируемые информационные средства снижает надежность и оперативность контроля юстировки в процессе эксплуатации. Кроме того, недостатком описанных способов и устройства является сложность управления вспомогательной антенной, оптическим и инфракрасным излучателями, размещаемыми на щите, установленном на юстировочной вышке автомобиля.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и оперативности юстировки информационных средств зенитной боевой машины (БМ) при эксплуатации в полевых условиях, за счет исключения из сигналов влияния отражений от поверхности земли, упрощения конструкции вспомогательных объектов и автоматического управления ими путем дешифрации кодовой посылки, передаваемой из БМ.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе юстировки информационных средств зенитной боевой машины (БМ), заключающемся в измерении координат вспомогательных объектов, измерении дальности от вспомогательных объектов до информационных средств БМ, измерении юстируемыми информационными средствами БМ угловых координат вспомогательных объектов с последующим определением величины разъюстировки, новым является то, что вспомогательные объекты, выполненные с возможностью излучения в разных диапазонах длин волн, устанавливают без дополнительных требований по высоте от поверхности земли. В одном из юстируемых информационных средств БМ формируют кодовую посылку в виде последовательности импульсов, в соответствии с которой включают излучение вспомогательных объектов. Управление работой вспомогательных объектов осуществляют после дешифрации (автоматического определения структуры команды, кодовой посылки) полученной кодовой посылки, излучение в одном из оптических диапазонов длин волн формируют по выделенной из кодовой посылки предварительно заданной тактовой последовательности, при этом юстируемые информационные средства БМ в процессе юстировки включают в режиме приема сигналов. Параметры излучения вспомогательных объектов устанавливают в диапазонах длин волн соответствующими излучаемым и отражаемым целью и ракетой сигналам. Дешифрацию кодовой посылки осуществляют при любой полученной три раза подряд кодовой комбинации, кроме комбинации, соответствующей всем единицам.
Способ юстировки реализован в устройстве для юстировки информационных средств зенитной боевой машины (БМ), содержащем вспомогательные объекты, включающие вспомогательную антенну, оптический излучатель, инфракрасный излучатель и имитатор движущейся цели, новым является то, что в устройство введен блок приема и дешифрации кодовых импульсов, имитатор движущейся цели выполнен в виде излучающего генератора стабильной частоты, соединенного с антенно-фидерным устройством (АФУ) соответствующей длины волны, а инфракрасный излучатель выполнен с возможностью регулирования величины силы излучения, при этом входы излучающего генератора стабильной частоты, оптического излучателя и инфракрасного излучателя выполнены управляемыми и соединены с выходом блока приема и дешифрации кодовых импульсов, вход которого одновременно подключен к выходу соответствующего АФУ, принимающего кодовую посылку с БМ.
Сущность изобретения заключается в том, чтобы с высокой точностью и оперативно провести в полевых условиях контроль и согласование осей линий визирования всех информационных средств обнаружения, сопровождения целей и наведения ракет зенитной боевой машины, упростить вспомогательные объекты, с обеспечением автоматического их включения и управления их параметрами путем дешифрации кодовой посылки, принимаемой с боевой машины.
Для решения этой задачи используют излучающие вспомогательные объекты, а работу юстируемых информационных средств включают только на прием. Это позволяет исключить влияние отражений от поверхности земли, устанавливать вспомогательные объекты без дополнительных требований по высоте от поверхности земли, повысить точность юстировки за счет исключения искажений в сигналах, а также упростить конструкцию устройства для юстировки.
Установка параметров излучения вспомогательных объектов в диапазонах длин волн соответствующими излучаемым и отражаемым целью и ракетой сигналам позволяет обеспечить проверку точности юстировки информационных средств БМ для всего рабочего диапазона их дальностей действия.
Дешифрация кодовой посылки при любой полученной три раза подряд кодовой комбинации, кроме комбинации, соответствующей всем единицам обеспечивает надежность и правильность дешифрации при выработке сигналов управления вспомогательными объектами.
Предлагаемые решения позволяют осуществлять юстировку радиолокационных и оптических систем различного диапазона целевого и ракетного каналов зенитной БМ в полевых условиях при размещении юстировочного устройства независимо от высоты в зоне формирования диаграмм направленности радиолокационных систем БМ.
Введение блока приема и дешифрации позволило осуществить автоматическое включение и установку параметров вспомогательных объектов после дешифрации кодовой посылки, принимаемой по радиолинии с БМ. Это уменьшило габариты, упростило конструкцию устройства для юстировки, позволило разместить в одном корпусе все вспомогательные объекты и установить их на штативе, что повысило оперативность, упростило процесс юстировки БМ в полевых условиях, с повышением точности юстировки, а также значительно снизило стоимость юстировочного оборудования (исключен щит, автомобиль с вышкой, средства электропитания и обслуживающий персонал, так как юстировку осуществляет расчет БМ, а электропитание от батареи 24 В).
Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг 1. изображена функциональная схема способа юстировки и устройства для юстировки зенитной боевой машины; на фиг. 2 - структура кодовой посылки. На фиг. 1-2 приняты следующие обозначения:
1 - устройство для юстировки (УЮ);
2 - блок приема и дешифрации кодовой посылки (БПД);
3 - вспомогательные объекты;
4 - излучающий генератор стабильной частоты (ГСЧ-8);
5 - антенно-фидерное устройство (АФУ-8);
6 - излучающий генератор стабильной частоты (ГСЧ-10),
7 - антенно-фидерное устройство (АФУ-10);
8 - оптический имитатор цели (ОИЦ);
9 - имитатор лазерного ответчика ракеты (ИЛО);
10 - кодовая посылка для БПД;
11 - СВЧ излучение диапазона частот МРЛС (ОФАР и АВР);
12 - СВЧ излучение диапазона частот СОЦ;
13 - тепловое излучение диапазона частот ТПВ;
14 - лазерное излучение диапазона частот ИКП;
15 - зенитная боевая машина [4] с юстируемыми информационными средствами;
16 - многофункциональная радиолокационная система сопровождения целей и наведения ракет (МРЛС) с наличием целевых и ракетных канальных интервалов;
17 - основная фазированная антенная решетка (ОФАР) МРЛС с приемником, передатчиком, синхронизатором-шифратором;
18 - антенна ввода (АВР) МРЛС зенитных управляемых ракет (ЗУР) с приемником;
19 - станция обнаружения целей с антенной и приемным устройством (СОЦ);
20 - тепловизор (ТПВ) с телеавтоматом (ТА) оптико-электронной системы (ОЭС);
21 - инфракрасный пеленгатор (ИКП) ОЭС;
22 - центральная вычислительная система (ЦВС)
Излучающий генератор стабильной частоты (ГСЧ-8), имитирует отраженный сигнал от цели и ракеты для многофункциональной радиолокационной системы сопровождения целей и наведения ракет (МРЛС). В качестве ГСЧ-8 возможно использование штатного генератора из передатчика МРЛС.
Антенно-фидерное устройство (АФУ-8) диапазона длины волны МРЛС. АФУ-8 формирует необходимую ширину диаграммы направленности 1-2° (ДН), производит преобразование круговой поляризации сигнала в линейную при приеме кодовой посылки и ограничивает уровень СВЧ сигнала до определенного уровня, передавая в блок приема и дешифрации, а также преобразует линейную поляризацию в круговую при передаче излучения на БМ. В качестве АФУ-8 возможно использование штатной антенны радиоответчика ЗУР, которая работает как на излучение сигнала с ГСЧ-8, так и на прием кодовой посылки с БМ и передачу этой посылки в блок приема и дешифрации.
Излучающий генератор стабильной частоты (ГСЧ-10), совмещенный с антенно-фидерным устройством (АФУ-10) диапазона длины волны станции обнаружения целей, имитирует отраженный сигнал от цели для СОЦ (возможно использование штатного генератора из передатчика СОЦ).
Оптический имитатор цели (ОИЦ) имитирует излучение цели в диапазоне длины волны ТПВ с необходимой диаграммой. Возможно использование несколько одновременно работающих светодиодов, расположенных максимально близко друг к другу в диаметре до 30 мм, излучающих в диапазоне ТПВ и не излучающих в диапазоне длины волны лазерного ответчика ракеты [5].
Имитатор лазерного ответчика ракеты (ИЛО) имитирует излучение ракеты в диапазоне длины волны инфракрасного пеленгатора (ИКП) и формирует необходимую диаграмму для излучения. Возможно использование несколько одновременно работающих светодиодов на длине волны лазерного ответчика ракеты, расположенных в диаметре 15 мм [6].
Блок приема и дешифрации (БПД) обеспечивает через АФУ-8 прием кодовой (командной) посылки от передатчика ОФАР МРЛС. Для приема кодовой посылки с БМ вход приемной части БПД подключают к выходу АФУ-8.
по
п1
БПД автоматически определяет по интервалу третьего импульса «П» присылаемую из МРЛС структуру кодированной посылки (команды) управления, приведенную на фиг. 2. Определение структуры происходит после включения БПД по трем подряд правильно принятым посылкам. После включения БПД настраивается на структуру соответствующую t=«0» и t=«1». Если три подряд принятые посылки имеют кодовую комбинацию - все единицы, то БПД дешифрацию не осуществляет, а переключается на штатную для ЗУР структуру команд. Если три раза подряд принята кодовая комбинация (не все единицы), то БПД не переключает структуру кодовой посылки, а осуществляет автоматическое определение структуры сигналов управления вспомогательными объектами.
з
БПД выделяет из кодовой посылки «тактовую» тройку импульсов и через время задержки t от переднего фронта первого импульса команды «ТАКТ» (см. фиг. 2) формирует импульсы излучения в оптическом диапазоне волн ИКП разной длительности в зависимости от времени задержки и передает их в ИЛО. ИЛО излучает импульсы заданной длительности, принятые из БПД.
по
п1
Команды на управление вспомогательными объектами передаются на БПД по радиолинии с ОФАР МРЛС БМ в посылке «П». Посылка «П» (десять импульсов П1-П10) кодируется в МРЛС путем добавления к адресам запроса радиответчика ракеты третьего импульса с интервалом t=«0» или t=«1». БПД дешифрует кодовые посылки от МРЛС при управлении вспомогательными излучающими объектами в соответствии с поступающими кодами.
При проведении юстировки в команде «П» передается код рабочей частоты МРЛС и СОЦ, состояния (включить-выключить, установить величину необходимого параметра) ГСЧ-8, ГСЧ-10, ОИЦ, ИЛО в соответствии с таблицей 1.
В первом импульсе П1 команды «П» передается информация о том, что в этой посылке передается информация о частоте или состоянии источника:
- при П1=1 передаются: потребитель частоты МРЛС или СОЦ (на П2, П3) и «Код частоты» (на П4-П10) - требуемая частота для потребителя. Если импульсы П1=1 и П2=0 и П3=0, то потребителем частоты является МРЛС (OA и АВР) и в поле «Код частоты» передается значение рабочей частоты МРЛС, БПД передает сигнал в ГСЧ-8 на установку рабочей частоты МРЛС. Если импульсы П1=1 и П2=1 и П3=0, то БПД передает сигнал в ГСЧ-10 на установку частоты СОЦ;
- при П1=0 передаются: сигналы управления ГСЧ-8, ГСЧ-10, ОИЦ, ИЛО (на П2-П4) и «Код состояния источника» (на П5-П10) - требуемое состояние источника. Если импульсы П1=0 и П2=0 и П3=1 и П4=0, источником для управления является ОИЦ и в поле «Код состояния источника» (импульсы П5-П10) передается состояние ОИЦ, БПД передает сигнал на включение ОИЦ с необходимым параметром излучения. Если импульсы П1=0 и П2=0 и П3=1 и П4=1, то источником для управления является ИЛО и в поле «Код состояния источника» (импульсы П5-П10) передается определенная длительность импульса излучения для оптического диапазоне волн ИКП, БПД передает сигнал на включение ИЛО с излучением для ИКП. Если импульсы П1=0 и П2=1 и П3=0 и П4=1, то источником для управления является ГСЧ-8 и в поле «Код состояния источника» (импульсы П5-П10) передается состояние ГСЧ-8, БПД передает сигнал на включение излучения ГСЧ-8. Если импульсы П1=0 и П2=1 и П3=0 и П4=0, то источником для управления является ГСЧ-10 и в поле «Код состояния источника» (импульсы П5-П10) передается состояние ГСЧ-10, БПД передает сигнал на включение излучения ГСЧ-10.
В кодовой посылке в зависимости от состояния импульсов П5-П10 для соответствующей системы передаются параметры управления соответствующим источником излучения: мощность излучения ГСЧ-8 и ГСЧ-10; сила излучения ОИЦ, длительность и сила излучения импульса ИЛО.
При отсутствии приема команд управления или отсутствии импульсов, формирующих команду «П» или при приеме комбинаций не соответствующих описанным выше состояния ГСЧ-8, ГСЧ-10, ИЛО, ОИЦ не меняются, запоминаются предыдущие значения.
Конструктивно все вспомогательные излучающие объекты и блок приема и дешифрации размещены в едином блоке в металлическом корпусе с солнцезащитными экранами. Передняя панель закрывается съемной крышкой.
Для выполнения горизонтирования по крену параллельно базовой горизонтальной линии на корпусе установлен пузырьковый уровень, обеспечивающий точность горизонтирования по крену до 5 мрад, а также предусмотрено посадочное место для трубки холодной пристрелки.
Размещение всех излучающих устройств в корпусе выполнено с обеспечением параллельности направлений максимумов диаграмм направленности излучателя ИЛО, излучателя ОИЦ, антенны АФУ-8 и АФУ-10 относительно оси ТХП с отклонением не более 1°.
На задней стенке корпуса расположен соединитель для подключения кабелей питания, на верхней стенке расположена ручка для переноски, в нижней части расположено устройство для крепления на штативе. Штатив имеет регулируемые опоры и поворотные механизмы для точного горизонтирования, наведения осей вспомогательных объектов излучения на информационные средства и стопорения.
Работа по предлагаемому способу юстировки и устройству для юстировки зенитной БМ осуществляется следующим образом. При юстировке информационных средств БМ выявляется соответствие согласования линий визирования этих средств при измерении координат целей и ракет и включает проверку разъюстировок:
- основной фазированной антенной решетки и антенны ввода ракеты МРЛС;
- тепловизионного канала и инфракрасного пеленгатора ОЭС;
- тепловизионного канала ОЭС и ОФАР МРЛС;
- антенны станции обнаружения целей и ОФАР МРЛС.
Устанавливают УЮ со штативом на дальности 150-200 м от БМ без дополнительных требований по высоте установки от поверхности земли при условии обеспечения прямой видимости со стороны БМ. Устанавливают ОФАР МРЛС и поле зрения ОЭС БМ в направлении УЮ с точностью ±0,5°. Подсоединяют к УЮ кабель питания. Направляют УЮ в сторону БМ и с использованием ТХП проводят наведение на ОФАР МРЛС БМ по азимуту. После чего проводят горизонтирование УЮ при помощи пузырькового уровня, установленного на контрольной площадке.
Устанавливают на корпус УЮ лазерный дальномер и измеряют дальность от плоскости лицевой панели УЮ до ОФАР МРЛС БМ. Измеренную дальность сообщают расчету БМ, который с пульта управления БМ вводит полученное значение в ЦВС БМ для использования в расчетах параметров разъюстировки. Включают источник питания УЮ.
Включают БМ в функциональное состояние «Боевая работа» режим «Юстировка», при этом МРЛС на целевых канальных интервалах не излучает. МРЛС на одном из ракетных канальных интервалах формирует кодовую посылку, определяющую, например, одно из следующих состояний вспомогательных объектов УЮ:
- коды частот генерации ГСЧ-8 и ГСЧ-10;
- ГСЧ-8 включен с необходимой силой излучения;
- ГСЧ-10 включен;
- ОИЦ включен с определенной силой излучения;
- ИЛО включен с заданной длительностью и силой излучения импульса.
БПД через ответвитель от АФУ-8 принимает кодовую посылку, дешифрирует ее и включает излучение вспомогательных объектов (ГСЧ-8, ГСЧ-10, ОИЦ, ИЛО) в соответствии с параметрами, принятыми в кодированной посылке.
Оператор БМ наводит целевой строб оптико-эпектронной системы на ОИЦ и производит захват ОИЦ на автоматическое сопровождение телеавтоматом ОЭС, определяя координаты ОИЦ. СОЦ осуществляет допоиск, захват и трассовое сопровождение цели, имитируемую излучением ГСЧ-10, и определяет ее координаты.
МРЛС осуществляет допоиск, захват на сопровождение и определение целевых координат в ОФАР и ракетных координат в АВР и ОФАР, которые имитируются излучением ГСЧ-8. Разделение координат на целевые и ракетные обеспечивается МРЛС за счет опроса излучаемого ГСЧ-8 сигнала соответственно на целевых и ракетных канальных интервалах.
Измеренные в БМ (МРЛС, СОЦ, ОЭС, ИКП) координаты целей и ракет, которые имитируют излучаемые вспомогательные объекты (ГСЧ-8 с АФУ-8, ГСЧ-10 с АФУ-10, ОИЦ, ИЛО) поступают в ЦВС БМ. ЦВС вычисляет разность координат по соответствующим формульным зависимостям и вводит необходимые поправки в координаты для компенсации разъюстировок.
Таким образом, выполнение вспомогательных объектов излучающими вместо отражающих, а систем боевой машины работающих только на прием излучения позволило получить измерения независимые от переотражений, создаваемых переизлучениями от поверхности земли и других объектов (строений), и повысить точность измерений при проведении юстировки информационных средств БМ.
Использование радиокомандной кодовой посылки управления ракетой, реализуемой в ОФАР МРЛС БМ путем формирования в режиме «Юстировка» специальной кодовой посылки, содержащей информацию о необходимых параметрах для вспомогательных объектов излучения, их включения, выключения и введение в состав устройства для юстировки блока приема и дешифрации, соединенного входом с выходом антенно-фидерного устройства, принимающего кодовую посылку, позволило после ее дешифрации осуществить автоматическое включение и установку, задаваемых с БМ, параметров вспомогательных объектов.
Автоматическая установка технических параметров излучаемых вспомогательных объектов (диапазон длины волны, мощность излучения, величина силы излучения и длительность импульса) и их соответствие сигналам, излучаемым и отражаемым целью и ракетой, позволили обеспечить проведение юстировки информационных средств БМ для всего рабочего диапазона дальностей их действия с сохранением точности юстировки.
Осуществление дешифрации кодовой посылки только при любой полученной три раза подряд кодовой комбинации, кроме комбинации, соответствующей всем единицам, обеспечило высокую надежность измерения координат излучающих вспомогательных объектов информационными средствами БМ и защиту от случайных помех в кодовой посылке.
Использование предварительно заданной тактовой последовательности из радиокомандной кодовой посылки позволило сформировать длительность импульса излучения в одном из оптических диапазонов длин волн для лазерного излучателя без возможности излучения в диапазоне длин волн другого (тепловизионного) оптического излучателя.
Совокупность принятых технических решений позволила:
- с высокой точностью, надежно и оперативно провести в полевых условиях контроль и согласование осей линий визирования всех информационных средств обнаружения, сопровождения целей и наведения ракет зенитной боевой машины, упростить вспомогательные объекты, с обеспечением автоматического их включения и управления их техническими параметрами путем дешифрации кодовой посылки, принимаемой с боевой машины;
- осуществлять юстировку радиолокационных и оптических систем различного диапазона длин волн целевого и ракетного каналов зенитной БМ в полевых условиях при размещении устройства для юстировки независимо от высоты в зоне формирования диаграмм направленности радиолокационных систем и полей зрения оптических систем БМ;
- упростить процесс подготовки к юстировке и саму юстировку БМ в полевых условиях, с повышением точности юстировки, а также значительно снизить стоимость оборудования для юстировоки (исключен щит, автомобиль с вышкой, средства электропитания и обслуживающий персонал).
Источники информации:
1. Л.Н. Захарьев, А.А. Леманский, В.И. Турчин и др. Методы измерения характеристик антенн СВЧ. Под редакцией Н.М. Цейтлина. - М., Радио и связь, 1985 - 114 с.
2. Патент РФ №2315328 МПК G01R 29/10 от 25.01.2006 г.
3. Патент РФ на изобретение №2406066 F42B 15/01, G015 7/40 от 03.08.2009 г.
4 Патент РФ МПК F41H 7/00 №2321818 МПК F41H 7/00 от 10.04.2008 г
5. ООО «АИБИ». Фотоприемники 2.4; 2.5; 3.6; 4.8 мкм, каталог - 2013 г.
6. Журнал «Полупроводниковая светотехника» №3, 2014 г.