УСТРОЙСТВО НАВЕДЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА НАЗЕМНЫЕ ОБЪЕКТЫ

Полезная модель относится к устройствам наведения летательных аппаратов (ЛА) на наземные объекты, в частности к системам самонаведения ЛА с помощью радиолокационных средств, установленных на борту ЛА, на наземные неподвижные объекты с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастные наземные неподвижные объекты.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство наведения ЛА на наземные объекты [1].
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные антенную систему, приемо-передатчик и угломер, последовательно соединенные первый вычислитель, систему управления и летательный аппарат, акселерометр, вход которого соединен с летательным аппаратом, а выход соединен со вторым входом первого вычислителя, автоматический селектор дальности и скорости сближения, вход которого соединен со вторым выходом приемо-передатчика, а выход соединен с третьим входом первого вычислителя, четвертый вход которого соединен с выходом вычислителя требуемого смещения.
Недостатком устройства-прототипа является отсутствие возможности наведения на наземные неподвижные объекты (ННО) с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастный ННО, что обусловлено рядом причин, а именно:
- невозможность наведения на ННО с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастный ННО, т.к. невозможно с помощью БРЛС непрерывно наблюдать радиолокационным способом за ННО, т.е. отсутствует радиолокационный контакт с ННО, и невозможно измерять требуемые оценки фазовые координаты ННО, указанные выше, при формировании сигнала управления в соответствующей плоскости;
- существует вероятность срыва наведения при пропадании информации о ННО в угломере или автоматическом селекторе дальности и скорости сближения, и, соответственно, в первом вычислителе, например при постановке активных или пассивных помех нарушается радиолокационный контакт с объектом.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании устройства наведения ЛА с возможностью наведения на ННО с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастный ННО.
Технический результат - обеспечение возможности наведения ЛА на ННО с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастные ННО, путем обеспечения автономной оценки угловой ошибки наведения с помощью БРЛС без радиолокационного контакта с ННО и коррекции траектории полета ЛА в направлении на ННО с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастный ННО.
Для этого перед началом полета наводимого ЛА в соответствующие блоки памяти устройства наведения ЛА заносятся координаты заданного ННО с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастного ННО и координаты заданного радиолокационно контрастного ориентира (РКО). Бортовой датчик курса согласуется с расчетной системой координат, и он обеспечивает возможность непрерывного определения курса ЛА относительно заданной оси расчетной системы координат, направленной например на север. При подлете ЛА к заданному району расположения ННО с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастного ННО включается БРЛС, которая производит обзор зоны возможного положения РКО и производит определение текущих координат заданного РКО, затем определяются координаты текущего местоположения ЛА, путем решения системы уравнений, основанной на сформированных в БРЛС оценках дальности и азимута до РКО, заложенных в блоке памяти координат РКО и полученного от бортового датчика курса текущего курса полета ЛА. После этого вычисляется оценка азимута на заданный ННО с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастного ННО относительно строительной оси ЛА, на основании которой вычисляется угловое рассогласование между курсом и азимутом на ННО и формируется сигнал управления, который через систему управления используется для реализации наведения ЛА в соответствующей плоскости на заданный ННО с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастный ННО. Сущность полезной модели заключается в следующем.
Устройство наведения ЛА на наземные объекты, содержащее последовательно соединенные антенную систему, приемо-передатчик и угломер, автоматический селектор дальности, вход которого соединен со вторым выходом приемо-передатчика, последовательно соединенные первый вычислитель, систему управления и летательный аппарат.
По отношению к прототипу устройство наведения ЛА на наземные объекты дополнительно содержит последовательно соединенные второй вычислитель, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно угломера и автоматического селектора дальности, и третий вычислитель, выход которого соединен с первым входом первого вычислителя, датчик курса, выход которого одновременно соединен с третьим входом второго вычислителя и вторым входом первого вычислителя, а вход соединен с летательным аппаратом, первый блок памяти, выход которого соединен с четвертым входом второго вычислителя, второй блок памяти, выход которого соединен с вторым входом третьего вычислителя.
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства наведения ЛА на наземные объекты с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастный ННО, где обозначено:
1 - антенная система,
2 - приемо-передатчик;
3 - угломер;
4 - автоматический селектор дальности;
5 - первый вычислитель;
6 - система управления;
7 - летательный аппарат;
8 - второй вычислитель;
9 - третий вычислитель;
10 - датчик курса;
11 - первый блок памяти;
12 - второй блок памяти;
На фиг.2 приведены геометрические соотношения, поясняющие сущность наведения ЛА в горизонтальной плоскости на ННО с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастный ННО с использованием фазовых координат заданного РКО, где обозначено:
X0Z - нормальная земная система координат (НЗСК) перед стартом;
/
/
/
X07 - нормальная система координат (НСК), являющаяся параллельным переносом НЗСК в точку нахождения ЛА;
ЛА
ЛА
X, Z - координаты текущего расположения ЛА в НЗСК;
Ц
Ц
Х, Z - координаты заданного наземного неподвижного объекта в НЗСК;
ОР
ОР
Х, Z - координаты заданного РКО в НЗСК;
V - направление векторов скорости ЛА;
ТР
V - требуемое значение векторов скорости ЛА;
ОР
R - дальность от ЛА до заданного РКО;
Ц
R - дальность от ЛА до заданного ННО;
ОР
β - вычисленный азимут на заданный РКО относительно оси Z в НСК ЛА;
Ц
β - вычисленный азимут заданного ННО относительно оси Z в НСК ЛА;
ОР
φ - значение азимута на РКО, относительно строительной оси ЛА;
Δ - величина углового рассогласования между курсом полета ЛА и направлением на ННО;
Р
К - курс ЛА относительно оси Z в НСК ЛА.
Устройство наведения летательных аппаратов на наземные объекты содержит так же, как и прототип, последовательно соединенные антенную систему 1, приемо-передатчик 2 и угломер 3, автоматический селектор дальности 4, вход которого соединен со вторым выходом приемопередатчика 2, последовательно соединенные первый вычислитель 5, систему управления 6 и летательный аппарат 7.
По отношению к прототипу предлагаемое устройство наведения летательных аппаратов на наземные объекты дополнительно содержит последовательно соединенные второй вычислитель 8, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно угломера 3 и автоматического селектора дальности 4, и третий вычислитель 9, выход которого соединен с первым входом первого вычислителя 5, датчик курса 10, выход которого одновременно соединен с третьим входом второго вычислителя 8 и вторым входом первого вычислителя 5, а вход соединен с летательным аппаратом 7, первый блок памяти 11, выход которого соединен с четвертым входом второго вычислителя 8, второй блок памяти 12, выход которого соединен со вторым входом третьего вычислителя 9.
Рассмотрим работу устройства наведения ЛА на наземные объекты в одной плоскости, например, в горизонтальной плоскости.
До начала выполнения полета ЛА проводятся необходимые предварительные работы.
На основании цифровой карты района расположения заданного ННО выбирается и задается приоритетный, например, по величине эффективной поверхности рассеяния (ЭПР), РКО, расположенный вблизи ННО, который может надежно обнаружить БРЛС среди других неприоритетных отражателей. В качестве РКО можно применить, например, естественный или специально установленный вблизи ННО ориентир, и даже с активным ответом.
ОР
ОР
В первый блок памяти 11 заносятся эталонные координаты Х, Z в НЗСК заданного РКО.
Ц
Ц
Во второй блок памяти 12 заносятся координаты Х, Z в НЗСК заданного ННО
Для удобства и надежности наведения планируется такой маршрут полета ЛА, чтобы РКО находился немного дальше ННО, по направлению подлета ЛА, и в пределах возможной зоны обзора по углу за все время работы БРЛС, что снижает требования к характеристикам последней.
Перед стартом датчик курса 10 выставляется относительно осей НЗСК.
ЛА
ЛА
После старта за время маршевого участка полета ЛА 7 вышел в точку коррекции траектории с координатами Х, Z (фиг.2), которые точно не известны на борту ЛА 7, что связано с возможными в полете случайными воздействиями на ЛА 7, например ветровыми.
При подлете ЛА 7 к зоне предполагаемого нахождения НПО на определенной дальности до НПО, позволяющей произвести необходимые радиолокационные измерения текущих фазовых полярных координат, дальности и азимута, заданного РКО, производится включение приемопередатчика 2 БРЛС и зондирование пространства зондирующими импульсами ее передатчика в зоне обзора.
ОР
ОР
В приемнике приемо-передатчика 2 производится обнаружение сигнала от заданного РКО и его селекция среди неприоритетных сигналов, например по амплитудному превышению заранее установленного порога, что широко применяется в типовых приемных устройствах, или на основании других признаков, например, по ответному сигналу на запросный сигнал. Затем в БРЛС производится определение текущих фазовых полярных координат, дальности и азимута, заданного РКО. А именно, в угломере 3, вход которого соединен с первым выходом приемо-передатчика 2, формируется оценка азимута φ на РКО, относительно строительной оси ЛА (фиг.2), а в автоматическом селекторе дальности 4, вход которого соединен со вторым выходом приемо-передатчика 2, формируется оценка значения дальности R до РКО от ЛА.
Р
ОР
ОР
ОР
ОР
Во втором вычислителе 8, на основании результатов счисления курса К относительно оси Z (фиг.2) в НСК ЛА, поступающих с выхода датчика курса 10 на третий вход второго вычислителя 8, измеренных значений азимута φ на РКО и дальности R до РКО, поступающих на его первый и второй входы соответственно с выходов угломера 3 и автоматического селектора дальности 4, а также записанных в первом блоке памяти 11 эталонных координат Х, Z в НЗСК заданного РКО и поступающих на четвертый вход второго вычислителя 8, вычисляются текущие координаты ЛА в НЗСК по выражениям:
ЛА
ОР
ОР
Р
ОР
X=X-Rsin(K+φ),
ЛА
ОР
ОР
Р
ОР
Z=Z-Rcos(K+φ).
Ц
Затем в третьем вычислителе 9 вычисляется азимут β ненаблюдаемого с помощью БРЛС (в связи с низкой радиолокационной контрастностью или нерадиоконтрастностью) ННО, относительно оси Z (фиг.2) в НСК ЛА по формуле:
,
В первом вычислителе 5 вычисляется величина углового рассогласования ∆ между курсом полета ЛА и направлением на ННО (фиг.2):
Р
Ц
Δ=К-β.
Далее она преобразуется в команды управления в системе управления 6, пропорционально величине вычисленного значения углового рассогласования Δ:
К
РК
U=kΔ,
РК
где k - коэффициент пропорциональности, характеризующей свойства радиолокационного канала БРЛС.
В системе управления 6 происходит преобразование сформированного сигнала управления в горизонтальной плоскости в соответствующие управляющие воздействия, которые поступают на управляющие органы - рули, самого ЛА 7. Воздействия производятся в том направлении и до тех пор, пока величина углового рассогласования Δ не станет равной нулю. Таким образом замыкается контур наведения ЛА на ННО. В дальнейшем процессы повторяются до момента встречи ННО и ЛА.
Реализация заявленного устройства наведения ЛА на наземные объекты не налагает никаких ограничений на элементную базу при реализации и не предъявляет никаких существенных требований к быстродействию и объему памяти вычислителей.
Источники информации:
1. Патент РФ №2148235, опубл. 27.04.2000 г. - прототип.