3.Вопрос «Назначение и типы систем управления и координаторов цели»

Система управления полетом ракеты предназначена для наведения ракеты на цель. Управлять полетом ракеты — это значит определенным образом влиять на ее поступательное дви­жение, т. е. организовывать полет ракеты. Поступательное дви­жение ракеты характеризуется вектором скорости V. Следова­тельно, влиять на поступательное движение ракеты можно, из­меняя вектор V.

Пусть начало системы координат РХgУgZg(рис. 3.1) за­креплено в центре массы ракеты, направления осей РХg, РУg, РZgвыбраны перед полетом и в течение полета не изменяют­ся. Тогда вектор Vможно определить тремя величинами: V — модулем, θ —углом наклона к плоскости ХgРZg, φ — угломмежду проекцией вектора на плоскость ХgРZgи осью РХg.

рис 3.1

Очевидно, вектор Vимеет три степени свободы, следова­тельно, под управлением нужно понимать возможность целе­направленно изменять V, θ, φ. Иначе говоря, управление поле­том ракеты заключается в осуществлении такого полета, когда V, θ, φизменяются по заранее принятым законам. Полагая, что во время движения ракеты скорость является функцией време­ни, можно записать:

θ(t) = θ_T(t); φ (t) = φ_T(t); (3.1)

V(t) = V_T(t); (3.2)

В равенствах (3.1), (3.2) θ_T(t), φ_T(t),V_T(t) определяют тре­буемые законы изменения углов и величины скорости, т. е. тре­буемое движение ракеты; θ(t), φ(t),V(t) —характеристики ре­ального движения ракеты.

В характере функций θ_T(t), φ_T(t),V_T(t) выражается цель управления. Если заданы все функции θ_T(t), φ_T(t),V_T(t), то целью управления является вывод ракеты в заданную точку пространства, с заданной величиной и направлением скорости, в заданный момент времени. Такая задача решается при управ­лении ракетами, имеющими баллистический участок полета.

Если ракета не имеет баллистического участка и управляется в течение всего полета, то задачей управления является обес­печение встречи ракеты с целью или вывод ракеты в заданный

рис 3.2

район цели. В таком случае требования, предъявляемые к ор­ганизации полета ракеты, могут быть ослаблены. Здесь важно обеспечить необходимое направление движения. Величина ско­рости может не регулироваться, лишь бы происходило сбли­жение ракеты с целью. Такие требования выражаются равен­ствами (3.1) и условием Vсбл>0, в котором Vсбл — скорость сближения ракеты с целью.

Как видно, строго определять закон изменения скорости нужно не всегда. Поэтому требование, выраженное равенст­вом (3.2), считается дополнительным. Основные требования, определяющие характер управляемого полета, выражаются ра­венствами (3.1).

При точном выполнении требований, предъявляемых к по­лету, каждой паре функций θ_T(t), φ_T(t) соответствуют вполне определенные законы изменения других параметров, опреде­ляющих положение или движение ракеты.

Координатор цели предназначен для измерения углового положения цели относительно своей оси. Угловое положение цели (рис. 4.1) относительно оси координатора определяется углами Δ_к1, Δ_к2 или Δ_к, φ_к, ОХ_кУ_кZ_к— прямоугольная система координат, жестко связанная с координатором, Ц — положение цели.

рис 4.1

Координатор называется декартовым, если измеряются уг­лы Δ_к1, Δ_к2. Если же измеряются углы Δ_к, φ_к, то координа­тор называется полярным. Угол Δ_к называется углом рассо­гласования. Плоскость угла Δ_к принято называть плоскостью рассогласования. Угол φ_к, определяющий положение плоскости рассогласования, называется углом фазирования. Начало от­счета угла фазирования в координаторе обозначается конст­руктивно путем соответствующего расположения и настройки его элементов.

В декартовом координаторе выходные сигналы формируют­ся в виде постоянных токов или напряжений. Приближенно можно считать, что сигналы на выходе координатора пропор­циональны углам Δ_к1, Δ_к2, т. е.

и_к1 = к_к1 Δ_к1; и_к2 = к_к2 Δ_к2; (4.1)

Выходным сигналом полярного координатора является пе­ременное напряжение частотой ω:

u_k = k_kΔ_кcos(ωt – φ_к)(4.2)

Амплитуда сигнала пропорциональна углу рассогласова­ния, а начальная фаза определяется углом φ_к.

Сигналы, содержащие информацию, об углах отклонения цели от оси координатора, принято называть сигналами рас­согласования.

Измерение углов Δ_к1, Δ_к2или Δ_к, φ_к становится возможным только в том случае, когда координатор «видит» цель. Чтобы координатор мог «видеть», цель должна обладать каким-либо физическим свойством, отличным от физических свойств окру­жающего ее фона. Например, для самонаведения используются иные, чем у окружающей среды, свойства целей излучать или отражать электромагнитную энергию.

В соответствии с диапазонами волн электромагнитных ко­лебаний координаторы делят на оптические (λ = 3.0*10^-5 – 7.5*10^-2 см) и радиолокационные (λ = 0.8 – 20 см). В опти­ческих координаторах используется эффект излучения или от­ражения видимых или инфракрасных лучей. В соответствии с этим опти­ческие координаторы делят на световые и инфракрасные, или тепловые.

Приемник электромагнитных волн является частью коорди­натора и находится на ракете. Передатчик (излучатель), энер­гия которого используется при измерении координат цели, мо­жет находиться на ракете, на цели или в другом месте, нахо­дящемся вне цели и вне ракеты. Если передатчик находится вместе с приемником на ракете, то координатор называется ак­тивным. Если цель облучается с места, находящегося вне ра­кеты, то координатор будет полуактивным. Когда излучателем является сама цель, координатор называется пассивным.

Активные, полуактивные и пассивные радиолокационные ко­ординаторы цели нашли наиболее широкое распространение. Из оптических наибольшее распространение получили пассив­ные координаторы. Однако при самонаведении в космическом пространстве, используя солнечные лучи, отражаемые целью, могут успешно применяться полуактивные световые координа­торы. В связи с освоением стабильных квантово-механических генераторов светового и теплового диапазонов волн появилась возможность применения полуактивных и активных оптичес­ких координаторов лазерного типа.

Важными характеристиками координаторов являются поле зрения, дальность действия, помехозащищенность и точность измерения углов. Полем зрения называется область, в которой координатор уверенно принимает сигналы от цели. Поле зре­ния координатора представляется круговым конусом, ось кото­рого является осью координатора, и характеризуется углом при вершине конуса.

Дальность действия и точность координаторов определяют­ся типом координатора, типом цели и условиями боевого применения систем самонаведения.

Помехозащищенность — это способность координатора пра­вильно функционировать при действии помех. Работа коорди­натора в условиях помех является нормальным режимом его работы. Помехи на координатор действуют всегда, поэтому Характеристики координатора должны определяться с учетом действия помех.

Все координаторы цели независимо от принципа действия и устройства должны решать следующие задачи: принимать сиг­налы цели; преобразовывать принятые сигналы в электричес­кие; усиливать сигналы, цели; осуществлять автоматическую регулировку усиления; осуществлять модуляцию сигналов цели в соответствии с текущим значением отклонения оси координа­тора от направления на цель; формировать сигналы рассогла­сования.

Характер устройств, осуществляющих прием и преобразова­ние сигналов от цели, определяется типом координаторов. В радиолокационных координаторах прием и преобразование производятся антенной системой и радиолокационным прием­ником, в оптических — оптической системой и чувствительным элементом.

Координаторы систем самонаведения работают в условиях резкого нарастания входного сигнала, происходящего из-за бы­строго уменьшения дальности-до цели. Динамический диапазон изменения входных сигналов может достигать-100 дБ. Для нор­мальной работы выходных элементов координаторов необходи­мо обеспечить уменьшение динамического диапазона до 4— 10 дБ. В противном случае возможны искажения полезной ин­формации и потеря чувствительности координатора. Необходимое уменьшение динамического диапазона осуществляется си­стемой автоматической регулировки усиления (АРУ).

Модулирующими функциями при модуляции сигналов цели являются функции Δ_к1(t), Δ_к2(t) или Δ_к(t), φ_к(t) При форми­ровании сигналов рассогласования обычно производятся демо­дуляция (детектирование) и фильтрация, в результате которых выделяются сигналы и_к1, и_к2или и_к.