Способ определения внешнебаллистических характеристик снарядов и устройство для его осуществления
METHOD OF DETERMINING EXTERNAL BALLISTIC CHARACTERISTICS OF PROJECTILES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к измерительным системам, а именно к средствам радиолокационного наблюдения траекторий баллистических объектов, и может быть использовано при измерении скоростей снарядов и определении времени полета снарядов.
Известен способ измерения скорости снаряда, заключающийся в том, что измерение скорости снаряда производят первым и вторым измерителями скорости снаряда, содержащими первый и второй доплеровские радиолокаторы, при этом первый и второй доплеровские радиолокаторы указанных измерителей скорости снаряда формируют в направлении заданной траектории полета снаряда равнодоплеровское направление за счет их установки на равных расстояниях от заданной траектории полета снаряда, причем максимумы диаграмм направленностей первого и второго доплеровских радиолокаторов составляют острый угол с траекторией полета снаряда, в каждом измерителе скорости снаряда по доплеровским частотам выходных сигналов первого и второго доплеровских радиолокаторов формируют последовательность дискретных значений его текущей скорости, по которым измеряют скорость движения снаряда, результаты измерений сравнивают, при равенстве результатов сравнения устанавливают, что снаряд находится на заданной траектории, при нарушении равенства результатов сравнения устанавливают, что снаряд отклонился от заданной траектории [1].
Известно устройство для измерения скорости снаряда, содержащее первый вычислитель, последовательно соединенные первый формирователь реализации доплеровского эхо-сигнала и первый формирователь дискретных значений текущей скорости снаряда, а также последовательно соединенные формирователь импульса фотозапуска и таймер, выход которого подключен ко второму входу первого формирователя реализации доплеровского эхо-сигнала, второй вход таймера соединен с датчиком времени начальной задержки, а третий вход таймера подключен ко второму выходу первого доплеровского радиолокатора, первый счетчик реализации, первое буферное запоминающее устройство, первый анализатор достоверности данных, первый формирователь данных для вычисления начальной скорости, первый измеритель суммарной длительности начальных реализаций и первый сумматор, при этом один выход первого формирователя дискретных значений текущей скорости снаряда и выход первого счетчика реализации соединены с входами ввода данных первого буферного запоминающего устройства, вход управления записью которого совместно со счетным входом первого счетчика реализации подключен ко второму выходу первого формирователя дискретных значений текущей скорости снаряда, а выход данных первого буферного запоминающего устройства соединен с входом первого анализатора достоверности данных, который через первый формирователь данных для вычисления начальной скорости подключен к первому входу первого вычислителя, второй вход которого соединен с первым сумматором, первый вход которого подключен к датчику времени начальной задержки, а второй вход через первый измеритель суммарной длительности начальных реализаций соединен со вторым выходом первого формирователя данных для вычисления начальной скорости, а также второй доплеровский радиолокатор, последовательно соединенные второй формирователь реализации доплеровского эхо-сигнала и второй формирователь дискретных значений текущей скорости снаряда, второй счетчик реализации, второе буферное запоминающее устройство, второй анализатор достоверности данных, второй формирователь данных для вычисления начальной скорости, второй измеритель суммарной длительности начальных реализаций и второй сумматор, при этом один выход второго формирователя дискретных значений текущей скорости снаряда и выход второго счетчика реализации соединены с входами ввода данных второго буферного запоминающего устройства, вход управления записью которого совместно со счетным входом второго счетчика реализации подключен ко второму выходу второго формирователя дискретных значений текущей скорости снаряда, а выход данных второго буферного запоминающего устройства соединен с входом второго анализатора достоверности данных, который через второй формирователь данных для вычисления начальной скорости подключен к первому входу второго вычислителя, второй вход которого соединен со вторым сумматором, первый вход которого подключен к датчику времени начальной задержки, а второй вход через второй измеритель суммарной длительности начальных реализаций соединен со вторым выходом второго формирователя данных для вычисления начальной скорости, вход второго формирователя реализации доплеровского эхо-сигнала подключен к выходу таймера, выход второго доплеровского радиолокатора подключен к входу второго формирователя реализации доплеровского эхо-сигнала, выходы первого и второго вычислителей соединены с входами устройства сравнения, выход которого является выходом устройства [1].
Недостатком данных способа и устройства является заниженная информативность, заключающаяся в отсутствии возможности определения нахождения снаряда на заданной траектории полета в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, недостаточная достоверность результатов измерения, обусловленная отсутствием обнаружителя сигнала с заданной интенсивностью, и усложненная схема устройства.
Наиболее близким к изобретению является способ, заключающийся в измерении скорости снаряда первым и вторым измерителями скорости снарядов, содержащими первый и второй доплеровские радиолокаторы, по доплеровским частотам выходных сигналов доплеровских радиолокаторов формируют последовательность дискретных значений его текущей скорости, по которым измеряют скорость движения снарядов, результаты измерений сравнивают, при равенстве результатов сравнения устанавливают, что снаряд находится на заданной траектории, при нарушении равенства результатов сравнения устанавливают, что снаряд отклонился от заданной траектории, дополнительно формируют в направлении заданной траектории полета снаряда равнодоплеровское направление во взаимно перпендикулярных плоскостях за счет установки на равных расстояниях от заданной траектории полета снаряда, во взаимно перпендикулярных плоскостях соответственно первого, второго и третьего, четвертого доплеровских радиолокаторов, максимумы диаграмм направленностей которых составляют острый угол с траекторией полета снаряда, осуществляют обнаружение доплеровского сигнала на выходах каждого доплеровского радиолокатора, по результатам обнаружения производят управление обработкой выходных сигналов доплеровских радиолокаторов [2].
Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения скорости снаряда, которое содержит первый и второй доплеровские радиолокаторы, первый и второй вычислители, первое устройство сравнения, последовательно соединенные соответственно первый формирователь реализации доплеровского эхо-сигнала, первый формирователь дискретных значений текущей скорости снаряда и второй формирователь реализации доплеровского эхо-сигнала, второй формирователь дискретных значений текущей скорости снаряда, дополнительно содержит третий и четвертый доплеровские радиолокаторы, первый, второй, третий и четвертый обнаружители, второе устройство сравнения, а также последовательно соединенные соответственно третий формирователь реализации доплеровского эхо-сигнала, третий формирователь дискретных значений текущей скорости снаряда и четвертый формирователь реализации доплеровского эхо-сигнала, четвертый формирователь дискретных значений текущей скорости снаряда, а также третий и четвертый вычислители, причем выход первого формирователя дискретных значений текущей скорости снаряда соединен с первым входом первого вычислителя, второй вход которого соединен с выходом первого обнаружителя, а выход - с первым входом первого устройства сравнения, выход второго формирователя дискретных значений текущей скорости снаряда соединен с первым входом второго вычислителя, второй вход которого соединен с выходом второго обнаружителя, а выход - со вторым входом второго устройства сравнения, выход третьего формирователя дискретных значений текущей скорости снаряда соединен с первым входом третьего вычислителя, второй вход которого соединен с выходом третьего обнаружителя, а выход - с первым входом третьего устройства сравнения, выход четвертого формирователя дискретных значений текущей скорости снаряда соединен с первым входом четвертого вычислителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого обнаружителя, а выход - с первым входом второго устройства сравнения, выходы первого, второго, третьего и четвертого доплеровских радиолокаторов соединены с входами соответственно первого обнаружителя и первого формирователя реализации доплеровского эхо-сигнала, второго обнаружителя и второго формирователя реализации доплеровского эхо-сигнала, третьего обнаружителя и третьего формирователя реализации доплеровского эхо-сигнала, четвертого обнаружителя и четвертого формирователя реализации доплеровского эхо-сигнала, выходы первого и второго устройств сравнения являются выходами устройства [2].
Недостатком данных способа и устройства является заниженная информативность, заключающаяся в отсутствии возможности определения зависимости траекторий полета снарядов от времени в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. На основе анализа траекторий полета снарядов от времени можно определить ошибки стрельбы, вызванные случайными условиями отделения средств поражения от орудия или летательного аппарата, которые определяются конструктивными особенностями подвески его на летательном аппарате и колебаниями установки под влиянием сил отдачи при стрельбе из автоматического орудия. Кроме того, можно определить баллистические ошибки, вызванные отклонением баллистических характеристик снаряда (массы, размеров, формы, собственной начальной скорости и др.) от номинальных значений и турбулентностью атмосферы [3]. Решение полной баллистической задачи определяется на основе расчета траектории движения центра масс снарядов и движения снарядов относительно центра масс [4].
Определение зависимостей траектории и скоростей полета снарядов от времени и времени полета снаряда в процессе выполнения пробного выстрела позволит ввести корректирующие коэффициенты в алгоритм прицеливания.
Технической задачей изобретения является расширение информативности за счет определения зависимости траектории полета снарядов от времени, зависимостей скоростей полета снарядов от времени и времени полета снарядов.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе определения внешнебаллистических характеристик снарядов, заключающемся в измерении скорости снарядов первым и вторым измерителями скорости снарядов, содержащими первый и второй доплеровские радиолокаторы, при этом по доплеровским частотам выходных сигналов доплеровских радиолокаторов формируют последовательность дискретных значений их текущих скоростей, по которым измеряют скорость движения снарядов, определении нахождения или отклонения снарядов от заданной траектории на основе сравнения результатов измерений, при этом если результаты сравнения равны, то устанавливают, что снаряды находятся на заданной траектории, в случае нарушения равенства результатов сравнения устанавливают, что снаряды отклонились от заданной траектории, формировании в направлении заданной траектории полета снарядов двух равнодоплеровских направлений во взаимно перпендикулярных плоскостях за счет установки на равных расстояниях от заданной траектории полета снарядов во взаимно перпендикулярных плоскостях соответственно первого и второго, третьего и четвертого доплеровских радиолокаторов, максимумы диаграмм направленностей которых составляют острый угол с траекторией полета снарядов, при этом осуществляют обнаружение доплеровского сигнала на выходах каждого доплеровского радиолокатора, по результатам обнаружения производят управление обработкой выходных сигналов доплеровских радиолокаторов, дополнительно определяют зависимость траектории полета снарядов от времени, на основе определения величины отклонения траекторий полета снарядов через равные промежутки времени, при этом величину отклонений определяют относительно равнодоплеровского направления на основе сравнения разности сигналов с выходов соответственно первого и третьего, второго и четвертого доплеровских радиолокаторов с заданными значениями, определяют зависимость составляющих скоростей полета снарядов в горизонтальной и вертикальной плоскостях от времени на основе сравнения через равные промежутки времени значений сигналов с выходов первого и второго формирователей дискретных значений текущей скорости снаряда с заданными значениями, определяют время полета снарядов на основе фиксации моментов появления и пропадания доплеровских сигналов, отраженных от снарядов.
В устройстве определения внешнебаллистических характеристик снарядов, которое содержит первый, второй, третий и четвертый доплеровские радиолокаторы, первый, второй, третий и четвертый обнаружители, первый, второй, третий и четвертый формирователи реализации доплеровского эхо-сигнала, первый, второй, третий и четвертый формирователи дискретных значений текущей скорости снаряда, первый, второй, третий и четвертые вычислители, первое и второе устройство сравнения, при этом выходы первого, второго, третьего и четвертого доплеровских радиолокаторов соединены соответственно с входами первого, второго, третьего и четвертого обнаружителей и одновременно с входами первого, второго, третьего и четвертого формирователей реализации доплеровского эхо-сигнала, выходы которых последовательно соединены соответственно с входами первого, второго, третьего и четвертого формирователей дискретных значений текущей скорости снаряда, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого вычислителей, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первого, второго, третьего и четвертого обнаружителей, выходы первого и третьего вычислителей соединены соответственно с первым и вторым входами первого устройства сравнения, выходы второго и четвертого вычислителей соединены с первым и вторым входами второго устройства сравнения, выходы первого и второго устройств сравнения являются выходами устройства определения траекторий полета снарядов, дополнительно введены первый и второй блоки определения зависимости траекторий полета снарядов от времени, входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго устройств сравнения, первый и второй блоки определения зависимости скоростей полета снарядов от времени, входы которых соответственно соединены с выходами первого и второго формирователей дискретных значений текущей скорости снаряда.
Кроме того, блок определения зависимости траекторий полета снарядов от времени содержит n ключей, n пороговых устройств, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, задатчик сигналов, генератор импульсов, причем вход блока определения траекторий полета снарядов является первыми входами ключей, вторые входы соединены с выходом генератора импульсов, выходы n ключей соединены с первыми входами n пороговых устройств, вторые входы которых соединены с n выходами задатчика сигналов, а выходы - с входами аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с выходом блока памяти.
Кроме того, блок определения зависимости скоростей полета снарядов от времени содержит n ключей, n пороговых устройств, аналогово-цифровой преобразователь, блок памяти, задатчик сигналов, генератор импульсов, элемент И, элемент ИЛИ, счетчик импульсов, элемент И-НЕ, дифференцирующую цепь, причем вход блока определения зависимостей скоростей полета снарядов от времени является первыми входами элемента n ключей, элемента И и входом элемента И-НЕ, выход генератора импульсов соединен со вторыми входами n ключей и элемента И, выходы n ключей соединены с первыми входами n пороговых устройств, вторые входы которых соединены с n выходами задатчика сигналов, а выходы - с входами аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока памяти, второй вход которого соединен с выходом счетчика, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами элемента И и элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом элемента И-НЕ и выходом дифференцирующей цепи, вход которой соединен с источником питания.
На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства определения внешнебаллистических характеристик снарядов. На фиг. 2 приведена структурная схема блока определения зависимости траектории полета снарядов от времени. На фиг. 3 приведена структурная схема блока определения зависимости скоростей полета снарядов от времени.
Устройство для измерения скорости снаряда содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый доплеровские радиолокаторы; первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 обнаружители; первый 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 формирователи реализации доплеровского сигнала, первый 13, второй 14, третий 15 и четвертый 16 формирователи дискретных значений текущей скорости снаряда; первый 17, второй 18, третий 19 и четвертый 20 вычислители, первое 21 и второе 22 устройства сравнения, первый 23 и второй 24 блоки определения зависимости траекторий полета снарядов от времени, первый 25 и второй 26 блоки определения зависимостей скоростей полета снарядов от времени.
Первый 23 блок определения зависимости траекторий полета снарядов от времени содержит n ключей 27, n пороговых устройств 28, аналого-цифровой преобразователь 29, блок памяти 30, задатчик 31 сигналов, генератор 32 импульсов.
Второй 24 блок определения зависимости траекторий полета снарядов от времени содержит n ключей 33, n пороговых устройств 34, аналого-цифровой преобразователь 35, блок памяти 36, задатчик 37 сигналов, генератор 38 импульсов.
Первый 25 блок определения зависимости скоростей полета снарядов от времени содержит n ключей 39, n пороговых устройств 40, аналого-цифровой преобразователь 41, блок памяти 42, задатчик сигналов 43, генератор импульсов 44, элемент И 45, счетчик 46 импульсов, элемент ИЛИ 47, элемент И-НЕ 48, дифференцирующую цепь 49.
Второй 26 блок определения зависимости скоростей полета снарядов от времени содержит n ключей 50, n пороговых устройств 51, аналого-цифровой преобразователь 52, блок памяти 53, задатчик сигналов 54, генератор импульсов 55, элемент И 56, счетчик 58 импульсов, элемент ИЛИ 57, элемент И-НЕ 59, дифференцирующую цепь 60.
Устройство для измерения скорости снаряда функционирует следующим образом. Измерение скорости снаряда производится одновременно первым 1, вторым 2, третьим 10 и четвертым 11 доплеровскими радиолокаторами, расположенными на одинаковых расстояниях от заданной траектории полета снаряда во взаимно перпендикулярных плоскостях и максимумы диаграмм направленностей которых составляют с ней острые углы.
Выходные сигналы первого 1, второго 2, третьего 10 и четвертого 11 доплеровских радиолокаторов зависят от скорости движения снаряда и углов между траекторией полета снаряда и линии визирования каждого доплеровского радиолокатора. При полете снаряда по заданной траектории данные углы равны, а следовательно, равны и доплеровские частоты сигналов, принимаемых первым 1, вторым 2, третьим 3 и четвертым 4 доплеровскими радиолокаторами. Данное направление можно назвать равнодоплеровским. При отклонении от заданной траектории полета снаряда указанное равенство нарушается. Принцип измерения скорости снаряда осуществляется следующим образом. Сигналы с выходов первого 1, второго 2, третьего 3 и четвертого 4 доплеровских радиолокаторов поступают соответственно на первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 обнаружители и одновременно через первый 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 формирователи реализации доплеровского сигнала на входы первого 13, второго 14, третьего 15 и четвертого 16 формирователей дискретных значений текущей скорости снаряда, выходные сигналы которых поступают на первые входы первого 17, второго 18, третьего 19 и четвертого 20 вычислителей. На вторые входы вычислителей поступают сигналы с выходов соответствующих обнаружителей (5, 6, 7, 8), которые служат подтверждением о наличии на выходах доплеровских радиолокаторов сигналов соответствующего уровня, чем повышается точность измерения скорости снаряда. Сигналы с выходов первого 17 и третьего 19 вычислителей сравниваются в первом 21 устройстве сравнения. Сигналы с выходов второго 18 и четвертого 20 вычислителей сравниваются во втором 22 устройстве сравнения. Сигналы с выходов первого 21 и второго 22 устройств сравнения поступают на блоки (23, 24) определения зависимости траектории полета снарядов от времени.
Сигналы с выхода первого 21 устройства сравнения поступают на первые входы n-ключей 27 (блока 23), на вторые входы которых поступают сигналы с выхода генератора 32 импульсов, который обеспечивает дискретизацию поступления сигналов на первые входы n-пороговых устройств 28, на вторые входы которых поступают сигналы с n-выходов задатчика 31 сигналов. С выходов n-пороговых устройств 26 сигналы, соответствующие траекториям полета снарядов, поступают на входы аналого-цифрового преобразователя 29, с выхода которого поступают на вход блока памяти 30.
Блок 24 работает аналогично.
Определение зависимости скоростей полета снарядов от времени осуществляется следующим образом.
Сигналы с выхода первого формирователя дискретных значений текущей скорости снаряда поступают на вход первого 25 блока определения зависимости скоростей полета снарядов от времени и соответственно на первые входы элемента n ключей 39, элемента И 45 и вход элемента И-НЕ 48.
С выхода генератора 44 импульсов сигналы поступают на вторые входы n ключей, при этом с выходов n ключей сигналы поступают на первые входы n пороговых устройств, на вторые входы которых поступают сигналы с n выхода задатчика сигналов, с выходов которых сигналы поступают на входы аналого-цифрового преобразователя 41, с выхода которого сигналы, пропорциональные скоростям полета снарядов, поступают на первые входы блока 42 памяти.
Время полета снарядов определяется следующим образом.
Сигналы с выхода первого 13 формирователя дискретных значений текущей скорости снаряда поступают на вход первого 25 блока определения зависимости скоростей полета снарядов от времени и соответственно на первые входы элемента И 45 и вход элемента И-НЕ 48, при этом с выхода генератора 44 импульсов сигналы поступают на второй вход элемента И, с выхода которого поступают на первый вход счетчика 46.
Счетчик 46 предварительно обнуляется по второму входу в момент включения питания через дифференцирующую цепь 49 и элемент ИЛИ 47, затем происходит обнуление в момент снятия сигнала с выхода первого 13 формирователя дискретных значений текущей скорости снарядов. С выхода счетчика 46 сигнал, пропорциональный времени полета снарядов, поступает на второй вход блока памяти 42.
Второй 26 блок определения зависимости скоростей полета снарядов от времени работает аналогично.
Таким образом, можно определить зависимости траекторий движения снарядов от времени, скоростей полета снаряда от времени и время полета снарядов. Данные внешнебаллистические характеристики снарядов можно использовать в алгоритмах прицеливания современных летательных аппаратов.
Источники информации
1. Пат. 2338220 Российская Федерация, МПК G01S 13/58 / Мужичек С.М., Привалов С.В., Винокуров В.И., Федосов О.Ю., заявка №2007107577/09 от 20.07.2010, опубл. 10.11.2006. Бюл. №31.
2. Пат. 2395102 Российская Федерация, МПК G01S 13/58 / Винокуров В.И., Винокуров Д.В., Мужичек С.М., Зыков В.Н., Федосов О.Ю., заявка: 2009125826/28, 06.07.2009, опубл. 20.07.2010.
3. Е.П. Калабухова. Основы теории эффективности воздушной стрельбы и бомбометания, учебник для студентов высших технических учебных заведений. - М.: Машиностроение, 1991 г. 332 с.
4. А.Г. Постников. Внешняя баллистика авиационных неуправляемых снарядов, учебник для слушателей и курсантов инженерных ВВУзов ВВС. - М.: Издание ВВИА имени проф. Н.Е. Жуковского, 2003 г., 396 с.