СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАЩИТНОГО БОЕПРИПАСА ПОДЛЕЖАЩЕГО ПУСКУ И ИХ МОМЕНТОВ ПУСКА И ПОДРЫВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF DETERMINING DEFENSIVE ORDNANCE TO BE LAUNCHED AND LAUNCH AND DETONATION TIME THEREOF AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к радиолокационной технике и может быть использовано в комплексах активной защиты объектов (КАЗ).
Известна РЛС определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса [патент RU, 2374597, МПК F41H 11/02].
РЛС определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса (РЛС) содержит: приемно-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика, а выход - к входу фильтра разностных частот, а также обнаружитель сигналов узкополосного спектра частот, выход которого подключен к выходной шине, а вход - к выходу фильтра разностных частот, и который содержит последовательно соединенные генератор сигнала непрерывной частоты, второй смеситель, широкополосный фильтр, усилитель - ограничитель, узкополосный полосовой фильтр, амплитудный детектор, компаратор и формирователь импульса, при этом второй вход компаратора подключен к шине опорного напряжения, а второй вход второго смесителя к входной шине.
В известной РЛС определение момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса определяют один раз, при обнаружении разностного сигнала частотой Fдо=2Vofн/С, когда цель будет находиться на удалении, от РЛС, равном Do+(Vi/Vo)Do,
где fн - средняя частота излучаемого непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал),
Vo, Vi, С - радиальные скорости защитного боеприпаса и цели и скорость света,
Do - расстояние от РЛС до предполагаемой точки встречи (точки упреждения) защитного боеприпаса с целью.
Причем величины Vo и До выбирают из условия До/Vo=fн/Fм fд,
где fн, fд, Fм - соответственно средняя частота, девиация частоты и частота модуляции НЛЧМ сигнала.
Целью изобретения является повышение эффективности защиты объектов. Поставленная цель достигается за счет использования при активной защите объектов нескольких классов защитных боеприпасов, каждый из которых выстреливается в нужный момент времени и подрывается в своей определенной точке упреждения.
Определяют защитные боеприпасы, подлежащие пуску, и их моменты пуска и подрыва, боеприпасы, совмещенные с радиолокационной станцией (РЛС) после обнаружения и определения момента возникновения на РЛС сигнала разностной частоты Fдо=2Vofн/C,
где fн - частота излучаемого непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал),
Vo и С - скорость последнего третьего защитного боеприпаса и скорость света, соответствующего моменту пуска последнего защитного боеприпаса в наиболее близко отстоящую от РЛС третью точку упреждения, причем на РЛС сначала определяют моменты возникновения сигналов разностных частот (N+4)Fдо и NFдо, когда цель находится соответственно на (До/Vo)[Vi+(N+4)Vo] и (До/Vo)(Vi+NVo) удалениях от приемно-передающей антенны РЛС,
где N - положительное число, Vi - радиальная скорость цели,
До - расстояние от приемно-передающей антенны РЛС до третьей точки упреждения, выбираемое из условия До/Vo=fн/Fм fд,
fд и Fм - девиация частоты и частота модуляции НЛЧМ сигнала,
затем определяют моменты возникновения сигналов разностных частот (А+4)Fдо и АFдо, когда цель находится соответственно на (До/Vo)[Vi+(A+4)Vo] и (До/Vo)(Vi+AVo) удалениях от приемно-передающей антенны РЛС,
где А - положительное число, значительно меньшее N,
и измеряют сначала интервал времени t между моментами возникновения сигналов разностных частот (N+4)Fдо и NFдо, после чего, в соответствии с длительностью измеренного интервала времени t, выбирают из совокупности заранее рассчитанных величин, две:
1
Дi=(До/Vo)(Vi+NVo) - дальность и (Vi+Vp) - сумму скоростей,
1
где Vp - скорость первого защитного боеприпаса,
1
1
2
2
2
и вычисляют отношение t=Дi/(Vi+Vp), определяющее время между пуском первого защитного боеприпаса в момент, когда цель будет находиться на (Дo/Vo)(Vi+NVo) расстоянии от приемно-передающей антенны РЛС и моментом подрыва первого защитного боеприпаса, когда он будет находиться в наиболее удаленной от РЛС первой точке упреждения - месте встречи с целью, а затем измеряют интервал времени t между моментами возникновения сигналов разностных частот (А+4)Fдо и АFдо, после чего, в соответствии с длительностью измеренного интервала времени t, выбирают из совокупности заранее рассчитанных величин, две: Дi=(До/Vo)(Vi+AVo) и (Vi+Vp),
2
где Vp - скорость следующего второго защитного боеприпаса,
3
2
и вычисляют отношение t=Дi/(Vi+Vp), определяющее время между пуском второго защитного боеприпаса в момент, когда цель будет находиться на (До/Vo)(Vi+AVo) расстоянии от приемно-передающей антенны РЛС и моментом подрыва второго защитного боеприпаса, когда он будет находиться на уже меньшем удаленной от РЛС - очередной второй точке упреждения.
Устройство определения защитного боеприпаса, подлежащего пуску, и их моментов пуска и подрыва содержит: приемно-передающую антенну 1, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика 2 непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал), а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя 3, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика 2 НЛЧМ сигнала, а выход, через фильтр 4 разностных частот и обнаружитель 5 сигнала узкополосного спектра частот, к входу регистра 6 сдвига, второй и четвертый выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго элементов задержки 9 и 7, выходы которых и шестой выход регистра 6 сдвига, через элемент ИЛИ 8, подключены к входу сброса регистра 6 сдвига, выходы первого и второго элементов задержки 9 и 7 подключены соответственно к входам сброса первого и второго счетчиков 14 и 13 импульсов, последний шестой выход регистра сдвига подключен к пятой выходной шине 23, выход генератора 12 счетных импульсов через первый и второй элементы И 11 и 10 подключен к входам счета первого и второго счетчиков 14 и 13 импульсов, первый и третий выходы регистра 6 сдвига подключены к вторым входам соответственно первого и второго элементов И 11 и 10, выходы первого счетчика 14 импульсов подключены к входам первого и второго постоянных запоминающих устройств 16 и 22, выходы которых подключены соответственно к первым и вторым входам первой схемы 19 деления, выходы которой подключены к первым входам первого реле 20 времени, второй вход которой подключен к второму выходу регистра 6 сдвига и первой выходной шине 27, выход первого реле 20 времени подключен к второй выходной шине 26, выходы второго счетчика 13 импульсов подключены к входам третьего и четвертого постоянных запоминающих устройств 15 и 21, выходы которых подключены соответственно к первым и вторым входам второй схемы 18 деления, выходы которой подключены к первым входам второго реле 17 времени, второй вход которой подключен к четвертому выходу регистра 6 сдвига и третей выходной шине 24, выход второго реле 17 времени подключен к четвертой выходной шине 25.
Отметим, что задержку времени между пуском и подрывом защитных боеприпасов, как будет показано ниже, будут осуществлять реле 17 и 20 времени, которые могут быть выполнены в виде аналогового ключа, который открывается потенциалом, снимаемым с второго выхода регистра 6 сдвига, и позволяющего конденсатору интегратора начать заряжаться, а напряжению с конденсатора поступать на вход аналогового компаратора для сравнения с напряжением, формируемым на выходе цифроаналогового преобразователя, являющегося нагрузкой схем 18 и 19 деления.
Рассмотрим, в том числе на примерах, работу устройства определения защитного боеприпаса, подлежащего пуску, и его моментов пуска и подрыва (фиг.1).
2000
Пусть цель приближается точно к приемно-передающей антенне 1 РЛС, через которую в пространство излучают и принимают отраженные от неподвижных объектов и перемещающейся цели со скоростью, например, V=2000 м/с НЛЧМ сигнал с, например, параметрами:
fн=100 ГГц, Fм=50 кГц и fд=50 МГц - соответственно средняя частота, частота модуляции и девиация частоты НЛЧМ сигнала, выбранными при Do=6 м и Vo=150 м/с. А также пусть на смеситель в обнаружителе 5 сигнала узкополосного спектра частот подают опорные сигналы частотой: Fдо=100 кГц; 71Fдо=7100 кГц; 91Fдо=9100 кГц (при А=69 и N=89), например, с трех генераторов непрерывной частоты, через аналоговый сумматор или управляемый аналоговый ключ (микросхема 564 КП2), входы управления которого подключают к соответствующим выходам регистра 6 сдвига.
В результате смешивания в смесителе 3 отраженного и излученного сигналов на его выходе будут формироваться разностные сигналы частотой, в частности,
638
2000
638
614
614
2000
614
сначала Fp=[(2Д638)Fмfд/С]-(2Vfн/C)=9300 кГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении в Д=(До/Vo)[Vi+(N+4)Vo]=638 м от антенны РЛС и Fp=[(2Д)Fмfд/С]-2Vfн/С)=8900 кГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении вД=(До/Vo)[Vi+(М=89)Vo)]=614 м от антенны РЛС,
518
518
2000
518
494
494
2000
494
затем Fp=[(2Д)Fмfн/C]-(2Vfн/С)=7300 кГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении в Д=(До/Vo)[Vi+(А+4)Vo]=518 м от антенны РЛС и Fp=[(2Д)Fмfд/С]-(2Vfн/С)=6900 кГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении вД=(До/Vo)[Vi+(A=69)Vo)]=494 м от антенны РЛС,
110
110
2000
110
86
86
2000
86
потом Fp=[(2Д)Fмfд/C]-(2Vfн/С)=300 кГц - разностный сигнал от цели находящейся на удалении в Д=(До/Vo)[Vi+3Vo]=110 м от антенны РЛС и Fp=[(2Д)Fмfд/С]-(2Vfн/С)=100 кГц - разностный сигнал от цели, находящейся на удалении вД=(До/Vo)[Vi+Vo)]=86 м от антенны РЛС,
а на выходе обнаружителя 5 сигнала узкополосного спектра частот короткие импульсы, переключающие регистр 6 сдвига из одного состояния в другое.
638
614
Отметим, что цель расстояние (Д-Д)=4До=(638-614)м=24 м
1
638
614
1
1
пролетит со средней скоростью Vcp=4До/t=(Д-Д)/t=24м/t,
1
638
614
2000
1
638
614
2000
где t - интервал времени между моментами возникновения и обнаружения на РЛС сигналов с частотами Fp и Fp и между моментами смены потенциалов на первом и втором выходах регистра 6 сдвига, или, при Vi=V=Vcp, это расстояние цель пролетит за интервал времени t=(Д-Д)/V=Vср=0,012 с, величина которого в виде цифрового числа будет зафиксирована на выходе счетчика 14 импульсов, так как на его вход, через открытый элемент И 11, в течение этого времени будут поступать счетные импульсы с выхода генератора 12 счетных импульсов.
1
2
1
2
1
Очевидно, что длительность интервала времени t прямо пропорциональна средней скорости цели и средней скорости цели плюс известной скорости первого защитного боеприпаса (Vcp+Vo). Поэтому, если, например, во второе программируемое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 22 записать ряд значений величин (Vcp+Vo), то при подаче на его входы цифрового числа с выхода счетчика импульсов 14, на выходе ПЗУ можно получить нужное цифровое число, соответствующее реальной на данный момент величине (Vcp+Vo).
1
1
1
1
1
1
1
1
01
Аналогично в первое ПЗУ 16 можно записать ряд значений величин расстояний от приемно-передающей антенны до цели и соответствующих величинам, определяемым по формуле (До/Vo)(Vi+NVo), то есть расстояниям, когда цель будет находиться в точке пространства - точке окончания измерения интервала времени t. Тогда при подаче на входы ПЗУ цифрового числа с выхода счетчика импульсов 14, на его выходах можно будет получить нужное цифровое число, соответствующее реальной текущей дальности до цели, когда цель будет находиться в точке пространства - точке окончания измерения интервала времени t Поэтому, если вычислить делителем 19 отношение одновременно формируемых двух величин t=(До/Vo)(Vi+NVo)/(Vcp+Vo), то это отношение будет соответствовать времени, через которое необходимо будет подорвать первый защитный боеприпаса в точке упреждения - точке его встречи с целью, пущенный в сторону цели, в момент окончания измерения интервала времени t. То есть момент окончания измерения интервала времени t можно считать моментом пуска первого защитного боеприпаса, а момент времени через (До/Vo)(Vi+NVo)/(Vcp+V) после его пуска, моментом его подрыва в первой точке упреждения.
Рассмотрим на примере, например, при средней скорости цели 2000 м/с и 200 м/с отмеченное выше.
2
2000
200
Используем выражение (До/Vo)(Vi+NVo) для вычисления расстояний между приемно-передающей антенной 1 РЛС и целью, при которых будут определены моменты пуска первого защитного боеприпаса, и которые цифровым кодом будут отображены на выходе ПЗУ при подаче на его входы цифровых кодов, соответствующих интервалам времени t=24 м/(2000 м/с)=0,012 с или t=24 м/(200 м/с)=0,12 с. То есть
2000
2000-1
при V, Д=(6/150)(2000+89×150)=614 м,
200
200-1
а при V, Д=(6/150)(200+89×150)=542 м.
1
01
01
При этом на выходах ПЗУ появятся цифровые числа, соответствующие величинам (Vcp+V), то есть величинам 2000 м/с+1000 м/с=3000 м/с и 200 м/с+1000 м/с=1200 м/с. Тогда, используем выражение (До/Vo)(Vi+NVo)/(Vcp+V) и вычислим время, через которое после пуска защитного боеприпаса его необходимо подорвать, и подорвать в точке встречи с целью, то есть
2000
1-2
2000-1
01
при V, t=Д/(Vcp+V)=6144 м/(2000+1000)м/c=0,204666 c,
200
1-3
200-1
01
а при V, t=Д/(Vcp+V)=542 м/(200+1000)м/с=0,451666 с.
2
3
За эти интервалы времени t и t защитный боеприпас и цель пролетят расстояния
2000
при V, 1000 м/с×0,204666 с=204,66666 м и 2000 м/с×0,204666 с=409,33333 м,
200
а при V, 1000 м/с×0,4516666 с=451,66666 м и 200 м/с×0,4516666 с=90,33333 м.
То есть первый защитный боеприпас будет подорван на удалениях от приемно-передающей антенны 1 РЛС, равных 204,66666 м и 451,66666 м, в соответствующих точках упреждения, так как суммы расстояний, которые пролетят цель и защитный боеприпас после его пуска
2000
при V, 204,66666 м+409,33333 м=614 м,
200
а при V, 451,66666 м+90,33333 м=542 м,
2000-1
200-1
будут соответствовать соответственно величинам расстояний Д и Д.
Очевидно, что уничтожение первого защитного боеприпаса только с частью радиовзрывателя, а именно с реле 20 времени и сохранение основной части РЛС для работы с другими (вторым и первым) защитными боеприпасами, с экономической точки зрения выгодно отличает предлагаемое техническое решение от известного.
518
494
2
518
494
2
2
Пусть цель расстояние (Д-Д)=4До=(518-494)м=24 м пролетит с той же средней скоростью Vcp=4До/t=(Д-Д)/t=24 м/t,
2
518
494
2000
2
518
494
2000
где t интервал времени между моментами возникновения и обнаружения на РЛС сигналов с частотами Fp и Fp и между моментами смены потенциалов на третьем и четвертом выходах регистра 6 сдвига, или, при Vi=V=Vcp, это расстояние цель пролетит за интервал времени t=(Д-Д)/(V=Vcp)=0,012 с, величина которого в виде цифрового числа будет зафиксирована на выходе счетчика 13 импульсов, так как на его вход, через открытый элемент И 10, в течение этого времени будут поступать счетные импульсы с выхода генератора 12 счетных импульсов.
2
2
4
2
4
2
Очевидно, что длительность интервала времени t также прямо пропорциональна средней скорости цели и средней скорости цели плюс известной скорости второго защитного боеприпаса (Vcp+Vo). Поэтому, если, например, в четвертое программируемое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 21 записать ряд значений величин (Vcp+Vo), то при подаче на его входы цифрового числа с выхода счетчика импульсов 13, на выходе ПЗУ можно получить нужное цифровое число, соответствующее реальной на данный момент величине (Vcp+Vo).
3
2
1
2
2
2
2
2
02
Аналогично в третье ПЗУ 15 можно записать ряд значений величин расстояний от приемно-передающей антенны до цели и соответствующих величинам, определяемым по формуле (До/Vo)(Vi+AVo), то есть расстояниям, когда цель будет находиться в точке пространства - точке окончания измерения интервала времени t. Тогда при подаче на входы ПЗУ цифрового числа с выхода счетчика импульсов 13, на его выходах можно будет получить нужное цифровое число, соответствующее реальной текущей дальности до цели, когда цель будет находиться в точке пространства - точке окончания измерения интервала времени t. Поэтому, если вычислить делителем 18 отношение одновременно формируемых двух величин t=(До/Vo)(Vi+AVo)/(Vcp+Vo), то это отношение будет соответствовать времени, через которое необходимо будет подорвать второй защитный боеприпас в точке упреждения - точке его встречи с целью, пущенный в сторону цели, в момент окончания измерения интервала времени t. То есть момент окончания измерения интервала времени t можно считать моментом пуска второго защитного боеприпаса, а момент времени через (До/Vo)(Vi+AVo)/(Vcp+V) после его пуска, моментом его подрыва во второй точке упреждения.
Рассмотрим на примере, например, при средней скорости цели 2000 м/с и 200 м/с отмеченное выше.
4
2000
200
Используем выражение (До/Vo)(Vi+AVo) для вычисления расстояний между приемно-передающей антенной 1 РЛС и целью, при которых будут определены моменты пуска второго защитного боеприпаса и которые цифровым кодом будут отображены на выходе ПЗУ при подаче на его входы цифровых кодов, соответствующих интервалам времени t=24 м/(2000 м/с)=0,012 с или t=24 м/(200 м/с)=0,12 с. То есть
2000
2000-2
при V, Д=(6/150)(2000+69×150)=494 м,
200
200-2
а при V, Д=(6/150)(200+69×150)=422 м.
02
02
При этом на выходах ПЗУ2 появятся цифровые числа, соответствующие величинам (Vcp+V), то есть величинам 2000 м/с+1000 м/с=3000 м/с и 200 м/с+1000 м/с=1200 м/с. Тогда, используем выражение (До/Vo)(Vi+NVo)/(Vcp+V) и вычислим время, через которое после пуска второго защитного боеприпаса его необходимо подорвать, и подорвать в точке встречи с целью,
2000
2-2
2000-2
02
при V, t=Д/(Vcp+V)=494 м/(2000+1000)м/с=0,164666 с,
200
2-3
200-2
02
а при V, t=Д/(Vcp+V)=402 м/(200+1000)м/с=0,351666 с.
2-2
2-3
За эти интервалы времени t и t второй защитный боеприпас и цель пролетят расстояния
2000
при V, 1000 м/с×0,164666 с=164,66666 м и 2000 м/с×0,164666 с=329,33333 м,
200
а при V, 1000 м/с×0,3516666 с=351,66666 м и 200 м/с×0,3516666 с=70,33333 м.
То есть второй защитный боеприпас будет подорван на удалениях от приемно-передающей антенны 1 РЛС, равных 164,66666 м и 351,66666 м, в соответствующих точках упреждения, так как суммы расстояний, которые пролетят цель и защитный боеприпас после его пуска
2000
при V, 164,66666 м+329,33333 м=494 м,
200
а при V, 351,66666 м+70,33333 м=422 м,
2000-2
200-2
110
110
2000
будут соответствовать соответственно величинам расстояний Д и Д, потом Fp=[(2Д)Fмfд/С]-(2Vfн/С)=300 кГц - разностный сигнал от
110
86
При нахождении цели на удалении в Д=(До/Vo)[Vi+3Vo]=110 м от антенны РЛС, регистр 6 сдвига переключится в состояние с высоким потенциалом на его пятом выходе, а при нахождении цели на удалении в Д=(До/Vo)[Vi+Vo]=86 м, на его шестом выходе (выходная шина 23), и который будет соответствовать моменту пуска третьего защитного боеприпаса, который через (До/Vo)=0,04 с будет подорван в третьей точке упреждения, на удалении До=6 м от приемно-передающей антенны 1 РЛС.
Определение каждого из трех защитных боеприпасов и их моментов пуска и подрыва оказывается возможным, если время задержки элементов 9 и 7 задержки будет больше времени между сменой потенциалов соответственно на втором и шестом и четвертом и шестом выходах регистра 6 сдвига, так как только при этом условии регистр 6 сдвига переключится шесть раз из состояния в состояния и только потом, например, одновременно со счетчиками 13 и 14 они установятся в исходное состояние. Если необходимо для защиты объекта использовать только первый защитный боеприпас или боеприпасы данного класса и подрывать их только в первой, наиболее удаленной от РЛС точке упреждения, то необходимо время задержки элемента 9 задержки выбрать меньшим времени между сменой потенциалов на втором и третьем выходах регистра 6 сдвига. Если же необходимо для защиты объекта использовать только первый и второй защитные боеприпасы или боеприпасы данных классов, то необходимо время задержки элемента 9 задержки выбрать меньшим времени между сменой потенциалов на втором и пятом выходах регистра 6 сдвига, а время задержки элемента 7 задержки выбрать меньшим времени между сменой потенциалов на четвертом и пятом выходах регистра 6 сдвига.
Очевидно, что пуск последовательно во времени на встречу цели, приближающейся к защищаемому объекту, трех защитных боеприпасов, а не одного, как в известных КАЗ, позволит повысить эффективность защиты объекта.