УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО СОПРОВОЖДАЕМОЙ ПО УГЛАМ ЦЕЛИ И СКОРОСТИ СБЛИЖЕНИЯ С НЕЙ

Полезная модель относится к радиолокационной технике, а именно к измерителям дальности при сопровождении цели по углам бортовым радиолокатором летательного аппарата (ЛА). Полезная модель предназначена для определения дальности и скорости сближения ЛА с целью - источником радиоизлучения (ИРИ), под которым понимается радиоизлучающий объект, например, помехопостановщик активных шумовых помех, которые делают невозможным определение этих параметров радиолокационными методами.
Известно устройство для определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней [см. патент РФ МПК 7 G01S 13/00 №2144201], выбранное в качестве прототипа, содержит датчик скорости, датчик угла атаки, датчик угла тангажа, последовательно соединенные следящую систему по углу места, первый вычислитель и α-β фильтр, первый и второй выходы которого являются выходами устройства, при этом второй выход следящей системы по углу места соединен с второй входом первого вычислителя, третий вход которого соединен с выходом датчика скорости, четвертый вход соединен с выходом датчика угла атаки, пятый вход соединен с выходом датчика угла тангажа.
Известное устройство определяет дальность и скорость сближения ЛА с целью на основании использования кинематических соотношений, связывающих относительное движение ЛА и цели, например самолет-постановщик шумовой помехи, в дальнейшем для такой цели будем также использовать термин - ИРИ. При слежении за целью измеряются ее угловые координаты и угловые скорости вращения линии визирования в вертикальной плоскости, собственная скорость ЛА, углы атаки и тангажа. Определение дальности и скорости сближения возможно лишь при маневрировании ЛА, т.к. без маневрирования координата дальности не наблюдаема.
Причем вертикальный маневр в угломестной плоскости используется на достаточно большой высоте в ближних воздушных боях или как средство ухода от ракеты угрожающей безопасности ЛА. На дальних ракетных боях и на малой высоте используется в основном маневр "отворот" или "змейка" в горизонтальной плоскости. Применение того или иного маневра определяется текущей тактической ситуацией полета ЛА.
Недостаток прототипа - ограниченные функциональные возможности устройства для определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней производить точные измерения только на большой высоте полета ЛА, а на низкой высоте полета ЛА точность измерения дальности и скорости сближения с целью низкая и результаты измерения не используются.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании устройства для определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней, функционирующего с высокой точностью измерения дальности и скорости сближения с целью на любой высоте полета ЛА.
Технический результат полезной модели - расширение диапазона высот функционирования с высокой точностью определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней в направлении малой высоты полета ЛА.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Устройство для определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней, содержащее датчик скорости, датчик угла атаки, датчик угла тангажа, последовательно соединенные следящую систему по углу места и первый вычислитель, α,β - фильтр, первый и второй выходы которого являются выходами устройства, при этом второй выход системы сопровождения по углу места соединен с второй входом первого вычислителя, третий вход которого соединен с выходом датчика скорости, четвертый вход которого соединен с выходом датчика угла атаки, пятый вход которого соединен с выходом датчика угла тангажа, по отношению к прототипу, дополнительно содержит последовательно соединенные датчик курса, блок дифференцирования, второй вычислитель и коммутатор, выход которого соединен с входом α,β фильтра, последовательно соединенные следящая система по азимуту и третий вычислитель, второй вход которого соединен с вторым выходом выход которого соединен со вторым входом коммутатора, при этом третий вход коммутатора соединен с выходом первого вычислителя, первый выход следящая системы по азимуту соединен также с третьим входом второго вычислителя, второй выход следящая системы по азимуту соединен с четвертым входом второго вычислителя, а второй выход следящей системы по углу места соединен с вторым входом третьего вычислителя.
Возможность устройства для определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней функционировать с высокой точность измерения на любой высоте полета ЛА происходит за счет обеспечения возможности комбинированного использования различных методов оценок дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней на различных высотах полета.
На большой высоте полета ЛА используется оценка дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней, вычисленная также, как и в прототипе с использованием результатов измерения угловой координаты его и угловой скорости вращения линии визирования в угломестной плоскости, а также датчиков собственной скорость ЛА, угла атаки и угла тангажа.
На малой высоте полета ЛА используется оценка дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней, вычисленная с использованием дополнительной информации от вновь введенных блоков: об азимуте цели и угловой скорости вращения линии визирования в азимутальной плоскости с выхода введенного азимутального канала слежения за целью и измеренных величинах курса и скорости его изменения.
Переход от одной оценки дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней к другой оценке дальности осуществляется на основании сравнения текущих значений угловой скорости вращения линии визирования в азимутальной плоскости и в угломестной плоскости с пороговыми значениями этих величин, связанными с требуемой точностью измерения дальности и выбором наиболее точного метода оценки дальности в текущей тактической ситуации полета ЛА.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства для определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней, где:
1. - датчик скорости ЛА;
2. - датчик угла атаки;
3. - датчик угла тангажа;
4. - следящая система по углу места;
5. - первый вычислитель;
6. - α,β - фильтр;
7. - датчик курса;
8. - блок дифференцирования;
9. - второй вычислитель;
10. - коммутатор;
11. - следящая система по азимуту;
12. - третий вычислитель.
На фиг.2. приведена геометрия задачи определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней с борта ЛА в горизонтальной плоскости.
,
На фиг.3. приведены графики среднеквадратической ошибки определения дальности до цели по результатам измерений угломестного канала при различной высоте полета ЛА: 1 - высота полета ЛА 1000 м 2 - высота полета ЛА 2500 м, 3 - высота полета ЛА 5000 м.
На фиг.4. приведены графики среднеквадратической ошибки определения дальности до цели по результатам измерений азимутального канала при различном курсовом параметре цели при полете ЛА на высоте 1000 м: 1 - курсовой параметр цели 10 км, 2 - курсовой параметр цели 20 км, 3 - курсовой параметр цели 40 км.
Предлагаемое устройство для определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней содержит так же, как и прототип, датчик скорости ЛА 1; датчик угла атаки 2; датчик угла тангажа 3; следящую систему по углу места 4; первый вычислитель 5; α,β - фильтр 6.
В отличие от прототипа, в предлагаемое устройство введены: датчик угла курса 7; блок дифференцирования 8; второй вычислитель 9; коммутатор 10; следящая система по азимуту 11; третий вычислитель 12.
Устройство для определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней работает следующим образом.
Следящая система по углу места 4 производит непрерывное слежение по углу места за целью и на первом и втором выходах формирует измеренные значения соответственно текущего угла места ε и его производной , которые подаются соответственно на первый и второй входы первого вычислителя 5. Результаты измерений датчика скорости ЛА 1 (V), датчика угла атаки 2 (α) и датчика угла тангажа 3 (ψ), поступают соответственно на третий, четвертый и пятый входы первого вычислителя 5.
По этим данным в первом вычислителе 5 происходят следующие операции: вычисление проекции скорости ЛА на вертикаль по формуле , вычисление проекции угловой скорости по формуле . Затем на основе известной кинематической связи проекции, описываемой выражением , производится вычисление дальности до ИРИ по формуле .
С выхода первого вычислителя 5, вычисленная оценка дальности до цели поступает на третий вход коммутатора 10.
На фиг.3. приведены графики среднеквадратической ошибки определения дальности до цели по результатам измерений угломестного канала при различной высоте полета ЛА: 1 - высота полета ЛА 1000 м, 2 - высота полета ЛА 2500 м, 3 - высота полета ЛА 5000 м.
На фиг.2. приведена геометрия задачи определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней с борта ЛА в горизонтальной плоскости.
Одновременно следящая система по азимуту 11 производит непрерывное слежение по азимуту за целью и на втором и первом выходах формирует измеренные значения соответственно азимута β и его производной , которые поступают соответственно на четвертый и третий входы второго вычислителя 9.
Датчик курса 7 на выходе формирует измеренное значение текущего курса К, которое поступают на вход блока дифференцирования 8, где формируется производная курса . Значение текущего курса К и его производной  поступают соответственно на второй и первый входы второго вычислителя 9.
По этим данным во втором вычислителе 9 происходят следующие операции: вычисляются требуемые промежуточные величины по формулам , ,  и , а затем определяется дальность до ИРИ по формуле .
С выхода второго вычислителя 9 оценка дальности до цели поступает на первый вход коммутатора 10.
На фиг.4. приведены графики среднеквадратической ошибки определения дальности до цели по результатам измерений азимутального канала при различном курсовом параметре цели при полете ЛА на высоте 1000 м: 1 - курсовой параметр цели 10 км, 2 - курсовой параметр цели 20 км, 3 - курсовой параметр цели 40 км.
Коммутатор 10 управляется по второму входу сигналом с выхода третьего вычислителя 12.
Заранее производится расчет или экспериментальное определение значений допустимых пороговых величин производной угла места  и производной азимута , которые запоминаются в третьем вычислителе 12.
С первого выхода следящей системы по азимуту 11 и второго выхода следящей системы по углу места 4 значения соответствующих угловых скоростей  и  поступают, соответственно, на первый и второй входы третьего вычислителя 12, где производится их сравнение с заранее рассчитанными их пороговыми значениями, и на основании результатов сравнения принимается управляющее решение, поступающее на второй вход коммутатора 10.
В третьем вычислителе 12 происходят следующие операции.
Если выполняется условия , то формируется значение , в противном случае . Если выполняется условия , то формируется значение , в противном случае .
Если выполнены условия  и , то приоритет измерения дальности ИРИ отдается азимутальному каналу измерения дальности ИРИ и сигнал с выхода третьего блока вычисления 12, поступающий на второй вход коммутатора 10, разрешает прохождение на выход коммутатора 10 сигнала с выхода второго блока вычисления 9.
Если выполнены условия  и , то приоритет измерения дальности ИРИ также отдается азимутальному каналу измерения дальности ИРИ и работа устройства аналогична рассмотренному.
Если выполнены условия  и , то приоритет измерения дальности ИРИ отдается угломестному каналу измерения дальности до ИРИ, и сигнал с выхода третьего вычислителя 12, поступающий на первый вход коммутатора 10, разрешает прохождение на его выход сигнала с выхода первого вычислителя 5.
Если выполнены условия  и , то формируется отказ от измерения дальности, так как оценка дальности в этом случае будет обладать низкой точностью, и на выход коммутатора 10 поступает нулевое значение, запрещающая прохождение сигнала с выхода первого и второго вычислителей.
Сигналы пропорциональные оценкам дальности с выхода коммутатора 10 подаются на вход α,β - фильтра, с первого выхода которого снимается сглаженное значение дальности до ИРИ, а со второго выхода - скорости ее изменения .
На выход устройства поступают сигналы, пропорциональные оценкам дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней, соответственно с первого и второго выходов α,β - фильтра с передаточной функцией вида , Где p - оператор Лапласа, k, α, β, C - целые числа.
Предлагаемое устройство для определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней, позволяет обеспечить высокую точность измерения дальности и скорости сближения с ИРИ при полете ЛА на большой и малой высотах и, соответственно, широкие функциональные возможности устройства для определения дальности до сопровождаемой по углам цели-ИРИ и скорости сближения с ней.
Все блоки устройства могут быть выполнены на широко применяемой элементной базе, такой же, как и в прототипе или на аналогичной современной.
Состояние развития современной бортовой радиолокационной техники, требует повышения точности определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней для увеличения точности работы всего бортового комплекса в целом. Это говорит о перспективности применения предлагаемого устройства для определения дальности до сопровождаемой по углам цели и скорости сближения с ней в существующих и вновь разрабатываемых радиолокационных комплексах.
Источники информации:
1. Патент РФ №2144201, опубл. от 10.01.2000, МПК 7 G01S 13/00 - прототип.