СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОМАНДЫ НА ПУСК ЗАЩИТНОГО БОЕПРИПАСА И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ. ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВ ФОРМИРОВАНИЯ КОМАНДЫ НА ПУСК ЗАЩИТНОГО БОЕПРИПАСА В КАЧЕСТВЕ: РАДИОВЗРЫВАТЕЛЯ, ИЗМЕРИТЕЛЯ ИНТЕРВАЛА ВРЕМЕНИ ПРОЛЕТА ЦЕЛЬЮ ИЗВЕСТНОГО РАССТОЯНИЯ И РЛС ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЦЕЛИ
METHOD OF COMMAND FORMATION FOR LAUNCHING OF PROTECTIVE AMMUNITION AND DEVICES FOR ITS IMPLEMENTATION, APPLICATION OF DEVICES OF COMMAND FORMATION FOR LAUNCHING OF PROTECTIVE AMMUNITION: RADIO FUSE, TIME INTERVAL METER OF TARGET PASSING KNOWN DISTANCE AND RADAR STATION OF TARGET SPEED MEASUREMENT

Способ формирования команды на пуск защитного боеприпаса и устройства для его реализации. Применение устройств формирования команды на пуск защитного боеприпаса в качестве: радиовзрывателя, измерителя интервала времени пролета целью известного расстояния и РЛС измерения скорости цели.
Изобретения относятся к радиолокационной технике и могут быть использованы при создании многоцелевой унифицированной РЛС высокоскоростной локации, позволяющей обнаружить и получить информацию о сверхскоростных малоразмерных целях в непосредственной близости от РЛС.
Известен способ формирования команды на пуск защитного боеприпаса и устройство для его реализации по патенту RU 2374597, МПК F41H 11/02.
Известный способ формирования команды на пуск защитного боеприпаса (осколочно-фугасного снаряда (ОФС)), изначально совмещенного с РЛС и защищаемым объектом и выстреливаемого в необходимый момент времени в предполагаемую точку пространства для встречи через известное время после выстрела с целью (противотанковым снарядом (ПТС)), приближающейся к РЛС, заключается в том, что импульс-команду на пуск ОФС формируют только при совпадении во времени моментов выдачи команд на пуск защитного боеприпаса, определяемых на разнесенных в пространстве РЛС, по началу возникновения и обнаружения на них сигнала с частотой:
Fдо=2Vоfо/С,
когда цель будет находиться на удалении от РЛС, равном Do+(Vi/Vo)Do,
где fо - частота излучаемого непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал),
Vo, Vi, С - соответственно радиальные скорости ОФС и ПТС и скорость света,
Do - расстояние от РЛС до предполагаемой точки встречи ОФС с ПТС.
Известный способ реализован в виде устройства формирования команды на пуск ОФС, выполненного в виде двух разнесенных в пространстве РЛС определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса (далее РЛС), выходы которых подключены к входам блока совпадения, при этом каждая из РЛС содержит приемопередающую 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.
Недостатком известных способа и устройства формирования команды на пуск ОФС является их низкая надежность обнаружения сверхскоростных целей, поскольку частота разностного сигнала обнаруживаемого РЛС определения момента выдачи команды на пуск ОФС низкая и ограничена реальными параметрами НЛЧМ сигнала, выбираемыми из условия:
Do/Vo=fо/Fm×dfm,
где Fm и dfm - частота модуляции и девиация частоты НЛЧМ сигнала.
11
6
7
Так при реально возможных и принятых fо=10 Гц, Fm=10 Гц, dfm=5×10 Гц, Vo=150 м/с, Dо=0,3 м и Do/Vo=fо/Fm×dfm=0,002 c, Fдо будет равно 100 кГц, что в 10 раз меньше Fm и ограничивает реализацию устройства формирования команды на пуск защитного боеприпаса.
Известен радиовзрыватель [патент 2352955 RU, G01S 7/38], выполненный на базе РЛС определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса по патенту RU 2374597, который, очевидно, имеет тот же вышеотмеченный недостаток - низкую надежность срабатывания при обнаружении сверхскоростных целей.
Известна РЛС измерения начальной скорости снаряда с использованием способа определения моментов пролета снарядом начала и конца известного интервала расстояния [патент 2367975 RU, G01S 13/58], реализованная так же как и радиовзрыватель, на базе РЛС определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса по патенту RU 2374597, которая, очевидно, также имеет тот же вышеотмеченный недостаток - низкую надежность измерения скорости сверхскоростных целей из-за их ненадежного обнаружения.
Целью изобретений является повышение надежности обнаружения сверхскоростных целей устройствами: формирования команды на пуск защитного боеприпаса, измерения скорости целей радиовзрывателями.
Поставленная цель достигается за счет повышения величины частоты обнаруживаемого разностного сигнала.
На фиг.1 и 2 приведены соответственно блок-схема устройства формирования команды на пуск защитного боеприпаса и рисунок, поясняющий работу устройства при подлете ПТС к РЛС с промахом.
Формирование команды на пуск защитного боеприпаса, изначально совмещенного с РЛС и защищаемым объектом и выстреливаемого в заданный момент в предполагаемую точку пространства для встречи через известное время после выстрела с целью, приближающейся к объекту, заключается в определении момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса устанавливаемому по началу возникновения и обнаружения на РЛС сигнала конкретной разностной частоты величиной:
Fp=Fдо+А=2Vоfо/С+Btз,
где С - скорость света,
Vo - радиальная скорость защитного боеприпаса,
fо - частота излучаемого непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигнал),
В=Fmdfm - скорость изменения частоты НЛЧМ сигнала,
A=Btз - часть частоты разностного сигнала, возникающая за счет искусственной задержки на время tз излучаемого НЛЧМ сигнала,
4
3
2
1
Fm и dfm соответственно частота модуляции и девиация частоты НЛЧМ сигнала, причем команду на пуск защитного боеприпаса формируют только при равенстве по длительности второго и половины первого интервалов времени, первый из которых формируют между началами возникновения и обнаружения на РЛС соответственно сигналов разностной частотой Fp=(N+4)Fp и Fp=NFp, где N число, большее 3, а второй между началами возникновения и обнаружения соответственно сигналов разностной частотой Fp=3Fp и Fp=Fp, когда между антенной РЛС и целью будут соответственно расстояния соизмеримые с:
4
4
3
3
2
2
Д=(Fp-A+Fi/3)C/2B, Д=(Fp-А+Fi/3)С/2В, Д=(Fp-A+Fi/3)C/2B,
1
1
Д=(Fр-А+Fi/3)C/2B,
где Fi=2Vifo/C - частота Доплера от цели точно приближающейся к антенне РЛС с радиальной скоростью Vi.
Устройство формирования команды на пуск защитного боеприпаса (фиг.1) содержит антенну 1, вход которой, работающий на передачу, через элемент 33 задержки 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 - к входу фильтра 4 разностных частот, выход которого подключен к второму входу второго смесителя 22, а также генератор 20 непрерывной частоты и последовательно соединенные второй смеситель 22, широкополосный фильтр 23, усилитель-ограничитель 24, узкополосный полосовой фильтр 25, амплитудный детектор 26, компаратор 27 и формирователь 28 импульса, при этом второй вход компаратора 27 подключен к шине 29 опорного напряжения, а также второй генератор 19 непрерывной частоты и аналоговый сумматор 21, при этом выходы первого и второго генераторов 19 и 20 непрерывной частоты подключены соответственно к первому и второму входам аналогового сумматора 21, выход которого подключен к первому входу второго смесителя 22, а также регистр 7 сдвига, генератор 8 счетных импульсов, реверсивный счетчик 13, цифровой компаратор 14, ждущий мультивибратор 16, три элемента И 9, 12, 17, два элемента ИЛИ 5 и 11, делитель 10 на два, коммутатор 6, при этом четвертый выход регистра 7 сдвига подключен к входу ждущего мультивибратора 16 и через первый элемент ИЛИ 5 - к входам сброса: регистра 7 сдвига, блока 30 памяти и реверсивного счетчика 13, а второй вход первого элемента ИЛИ 5 подключен к выходу коммутатора 6, первый выход регистра 7 сдвига подключен к входу разрешения суммирования реверсивного счетчика 13 и второму входу второго элемента И 12, третий выход регистра сдвига подключен к входу разрешения вычитания реверсивного счетчика 13 и второму входу третьего элемента И 9, выход генератора 8 счетных импульсов подключен через делитель 10 на два и второй элемент И 12 к входу второго элемента ИЛИ 11, а также через третий элемент И 9 - к второму входу второго элемента ИЛИ 11, выход которого подключен к входу счета реверсивного счетчика 13, выходы которого подключены к первым входам цифрового компаратора 14 и через последовательно соединенные блок 30 памяти и преобразователь 31 кода - к его вторым входам, вход установки блока 30 памяти подключен к второму выходу регистра 7 сдвига, выход цифрового компаратора 14 подключен к второму входу первого элемента И 17, первый вход которого подключен к выходу ждущего мультивибратора 16, а выход - к выходной шине 18, выход формирователя импульсов 28 подключен к входу регистра 7 сдвига, выходы блока памяти 30 подключены к вторым выходным шинам 32.
Устройство формирования команды на пуск защитного боеприпаса может быть использовано в качестве радиовзрывателя.
Устройство формирования команды на пуск защитного боеприпаса может быть использовано в качестве измерителя интервала времени пролета целью известного расстояния.
Устройство формирования команды на пуск защитного боеприпаса (вариант 2) может быть использовано в качестве РЛС измерения скорости цели.
Рассмотрим, в том числе на примере, работу устройства формирования команды на пуск защитного боеприпаса (фиг.1).
-8
6
7
14
2
6
6
6
6
6
6
11
6
1
2
1
2
4
3
2
1
Пусть через антенну 1 излучают формируемый передатчиком 2 и задержанный на время tз=5×10 с элементом 33 задержки НЛЧМ сигнал, с параметрами сигнала, например, Fm=10 Гц, dfm=5×10 Гц, fо=100 ГГц, выбранными при Dо=0,3 м, Vo=150 м/с и Dо/Vо=fо/Fmxdfm=0,002 с, а также при скорости ПТС Vi-=2 км/c или Vi-=20 км/c, опорными сигналами, например, foп-=2,6 МГц, и foп-=31,2 МГц, поступающими через аналоговый сумматор 21 с генераторов 20 и 19 непрерывной частоты на второй смеситель 22 и при: 2B=2Fmdfm=10Гц, A=Btз=2,5×10 Гц, N=10, Fp=36,4×10 Гц, Fp=26×10 Гц, Fp=7,8×10 Гц, Fp=Fp=2,6×10 Гц, Fi=(4/3)×10 Гц, Fдо=2Vоfо/C=2×(2000 м/c)×10 Гц/3×(м/с)=0,1×10 Гц.
Тогда, если ПТС будет со скоростью 2 км/с точно по линии ОБ приближаться к антенне РЛС, расположенной в точке О, и будет находиться от антенны на удалении соответственно в:
то на РЛС в смесителе 3 будут формироваться разностные сигналы соответственно с частотами:
4
3
2
1
Fp=(N+4)Fp=36,4 MГц, Fp=NFp=26 MГц, Fp=3Fp=7,8 MГц, Fp=Fp=2,6 MГц, т.е. такие же самые сигналы как если бы ПТС приближался к антенне РЛС со скоростью 20 км/с и находился бы от антенны на удалении соответственно в:
При этом при выполнении условий:
на выходе РЛС будут формироваться импульс-команды.
Повышение за счет проведения искусственной задержки НЛЧМ сигнала величины частоты разностного сигнала с Fдо=100 кГц до Fp=2,6 MГц приводит к выполнению условия Fp>Fm и соответственно к надежному обнаружению разностного сигнала на РЛС.
Если же ПТС будет приближаться со скоростью 2 км/с с промахом к антенне РЛС, т.е. по линии КЕ (фиг.2), то на выходе РЛС импульс-команды будут формироваться тогда, когда будут выполняться соответственно условия:
Приравняв левые части соответствующих вышеприведенных уравнений, получим
1
1
1
1
4
1
3
1
2
1
1
1
1
уравнения, позволяющие определить расстояния от антенны РЛС до точек пространства M, Д, C и B. Так при принятых значениях величин и проведенных выше вычислениях, а также при промахе, определяемом расстояниями КМ=КД=КС=KB=1 м, запишем для вычисления расстояния OB:
2
2
1
1
1
1
1
1
(√OB +KB )Fmdfm-Vi-×foCosβOB×Fmdfm-Vi-×fo
1
1
1
1
1
2
2
и при OB/Cosβ=(√OB +KB )получим:
1
1
1
1
1
OB×Fm×dfm/Cosβ-Vi-×foCosβ=OB×Fmdfm-Vi-×fo.
1
1
1
1
1
2
2
2
Если допустить, что CosβOB/(√OB +KB )=4,3/(√4,3+1)=4,3/4,414748=0,974, то получим:
1
1
1
OB×Fm×dfm/0,974-Vi-×0,974fo=OB×Fmdfm-Vi-×fo,
1
или OB×0,5/0,974-2×0,974=4,3×0,5-2=0,15,
1
откуда OB=4,086904 м.
1
Для вычисления более точного значения OB вычислим его при
и, используя выражение
1
определим более точное значение OB=4,065577 м, при котором:
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
6
2
2
13
8
14
8
6
6
6
6
Fр=2600000 Гц=A+[2(√OB +KB )Fmdfm/C]-2Vi-×foCosβ/C=2,5×l0+[2(√4,065577 +1 )×5×l0/3×10]-2×2×10×0,971361/3×10=2,5×10+1,395584882×10-1,295148×10=2,600437×10=2600437 Гц.
1
1
1
1
Аналогично определению расстояния OB вычислим расстояния OM=105,6951 м, ОД=74,49292922 м и OC=19,8699 м и интервалы расстояний:
Из вышесказанного можно сделать следующие выводы:
4
3
2
1
- при пролете ПТС точек пространства М, Д, С, В и К, К, К, K на выходе обнаружителя узкополосного спектра частот - выходе РЛС - будут формироваться импульс-команды, интервалы времени между которыми можно определить;
1
1
- при точном приближении ПТС к антенне, он половину расстояния ОМ-ОД пролетит за тоже самое время, что и расстояние ОС-ОВ, т.е. 0,5MД/Vi-=CB/Vi-;
3
4
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
- при приближении ПТС к антенне с промахом, он расстояние 0,5КК=0,5МД пролетит быстрее, чем расстояние KK=CB, т.е. время 0,5MД/Vi- меньше времени CB/Vi-;
- если половина времени пролета ПТС дальнего интервала расстояния равно времени пролета им ближнего к РЛС интервала расстояния, то можно считать, что ПТС точно приближается к РЛС;
- если половина времени пролета ПТС дальнего интервала расстояния не равно времени пролета им ближнего к РЛС интервала расстояния, то можно считать, что ПТС приближается к РЛС с промахом.
Фильтр 4 разностных частот выполняет в основном роль подавления суммарных частот преобразования, входных сигналов и сигнала гетеродина.
Перед началом работы РЛС с коммутатора 6 через элемент ИЛИ 5 на регистр 7 сдвига и реверсивный счетчик 13 подают короткий импульс, устанавливающий данные устройства в исходное состояние.
4
При пролете ПТС точки пространства М или К на выходе РЛС - выходе обнаружителя узкополосного спектра частот (второй смеситель 22, генераторы 19 и 20 непрерывной частоты, широкополосный фильтр 23, усилитель-ограничитель 24, узкополосный полосовой фильтр 25, амплитудный детектор 26, компаратор 27, формирователь 28 импульса, аналоговый сумматор 21) будет сформирована первая импульс-команда, которой регистр сдвига 7 переведется в состояние с иным потенциалом на первом его выходе и которой будет дано разрешение начать реверсивному счетчику 13 суммирование счетных импульсов, формируемых генератором 8 и поступающих на его счетный вход через делитель 10 на два и элементы И 12 и ИЛИ 11.
3
При пролете ПТС точки пространства Д или К на выходе РЛС будет сформирована вторая импульс-команда, которой регистр 7 сдвига переведется в состояние с иным потенциалом на первом его выходе и которой будет дан запрет на подсчет импульсов.
2
1
При пролете ПТС точки пространства С или К на выходе РЛС будет сформирована третья импульс-команда, которой регистр 7 сдвига переведется в состояние с иным потенциалом на третьем его выходе и которой будет дано разрешение начать реверсивному счетчику 13 вычитание счетных импульсов, поступающих на его счетный вход через элементы И 9 и ИЛИ 11. При пролете ПТС точки пространства В или K на выходе РЛС будет сформирована четвертая импульс-команда, которой регистр 7 сдвига переведется в состояние с иным потенциалом на четвертом его выходе. При этом на выходе ждущего мультивибратора 16 установится высокий потенциал, а счетчик 13, блок 30 памяти и регистр 7 сдвига установятся в исходное состояние.
Если в реверсивный счетчик 13 будет записано столько (почти столько) же счетных импульсов, сколько и списано, что будет соответствовать случаю прямого попадания ПТС в антенну РЛС и защищаемый объект, то на выходе цифрового компаратора 14 будет сформирован высокий потенциал, который через элемент И 17 поступит на выходную шину 18 в качестве команды на пуск ОФС.
Если же в реверсивный счетчик 13 будет записано меньше (гораздо) счетных импульсов, чем списано, что будет соответствовать случаю непопадания ПТС в антенну РЛС и защищаемый объект, то на выходе цифрового компаратора 14 будет сформирован низкий потенциал, так как цифровые коды на его входах будут гораздо сильнее различаться, чем в предыдущем случае, и на выходную шину 18 команда о необходимости пуска ОФС не поступит.
1
1
1
1
1
1
1
1
Очевидно, что величины интервалов времени 0,5МД/Vi-, CB/Vi-, 0,5МД/Vi-и CB/Vi- при иной скорости приближения ПТС к РЛС будут иными. Для того чтобы исключить зависимость работы устройства формирования команды на пуск защитного боеприпаса от скорости сближения объектов, измеряют измерителем скорости цели интервал времени между сменами потенциалов на первом и втором выходах регистра 7 сдвига, пропорциональный скорости сближения и хранимый в блоке 30 памяти после подачи на него соответствующего потенциала с второго выхода регистра 7 сдвига, и устанавливают на выходах преобразователя 31 кода заранее известное цифровое число для сравнения с кодом, формируемым на выходе реверсивного счетчика 13 (вариант 2).
Очевидно также, что до сброса информации из блока памяти 30 на его выходах - вторых выходных шинах 32 устройства формирования команды на пуск защитного боеприпаса всегда будет храниться цифровой код, пропорциональный длительности интервала времени пролета целью известного расстояния МД. Поэтому устройство формирования команды на пуск защитного боеприпаса можно использовать в качестве измерителя интервала времени пролета целью известного расстояния. Если же вторые выходные шины 32 подключить к выходу измерителя скорости цели, то данным устройством - РЛС измерения скорости цели можно будет надежно измерять скорости различных целей, в том числе сверхскоростных, со скоростью перемещения, например 20 км/с, что невозможно сделать РЛС измерения скорости цели, реализованной по известному (прототип) способу.
Очевидно также, что устройство формирования команды на пуск защитного боеприпаса можно использовать в качестве надежного радиовзрывателя при установке его на ракетах и боеприпасах, подлежащих подрыву, в момент критического сближения их с целью противника, в том числе при сближения со сверхскоростными целями, перемещающимися со скоростью, например 20 км/с, что невозможно сделать радиовзрывателем, реализованным по известному (прототип) способу. Причем предлагаемый радиовзрыватель не будет реагировать на цели, перемещающиеся мимо (с промахом) ракеты, что может повысить эффективность поражения групповых целей при стрельбе по ним ракетами с радиовзрывателями подобного типа за счет выбора радиовзрывателем более надежной для уничтожения цели.
На основании вышесказанного можно отметить, что все упомянутые выше устройства можно объединить в одно-, многоцелевую унифицированную РЛС высокоскоростной локации, унификация которой заключается в использовании одних и тех же идей и комплектующих для реализации устройств различного назначения.