Авиационные оптико-электронные системы прицеливания и наведения (120

Рис. 15. Схема для расчета дальности опознавания цели и времени прицеливания

Дальность надежного опознавания цели определяется как

l0 NaцBC ,

где aц – проекция определяющего размера цели на плоскость,

перпендикулярную линии ее визирования; N – число периодов эквивалентной пространственной миры, которое должно укладываться в размер проекции цели для опознавания ее с заданной вероятностью; ВС – угловая разрешающая способность ВС прицела,

зависящая от ее параметров.

Так, для телескопической ВС дневного видения ВС ЗСГВС1 , для ВС ночного видения ВС fоб ЭОП 1 , для оптико-телеви- зионной ВС ВС 2h Zр fоб и для тепловизионной ВС с парал-

лельным разложением наблюдаемой картины линейкой приемников излучения ВС 2аПИ fоб , где ЗС – угловое разрешение зрительной системы оператора применительно к конкретным условиям наблюдения; ГВС – видимое увеличение ВС; fоб – фокусное расстояние объектива ВС; ЭОП – разрешаемая электронно-оптическим пре-

образователем (ЭОП) пространственная частота в парах линий на мм; h – вертикальный линейный размет фотокатода телевизион-

31

ного приемника излучения; Zр – рабочее число строк разложения наблюдаемой картины; aПИ – размер чувствительной площадки од-

ного элемента линейки приемника излучения.

Сначала рассчитывают угловое разрешение ВС, а затем значения параметров

cos 0 BC HN ; aц

Понятно, что время прицеливания должно составлять 15…20 с, так как в противном случае самолет не успеет выполнить необходимый маневр по выходу в расчетную точку сбрасывания бомбы.

8.УПРАВЛЯЕМЫЕ АВИАЦИОННЫЕ БОМБЫ

ИМЕТОДЫ ИХ НАВЕДЕНИЯ. НАВЕДЕНИЕ БОМБ ПО МЕТОДУ НАКРЫТИЯ

Управляемые авиационные бомбы (УАБ) занимают промежуточное место между УРС и неуправляемыми авиационными бомбами (НАБ). От первых они отличаются отсутствием маршевого ракетного двигателя, а от вторых – наличием небольших несущих плоскостей (крыльев) и бортовой системы управления их движением. Поэтому УАБ не летят, а падают (или планируют) на цель. Так как коррекция движения УАБ осуществляется аэродинамической силой, возникающей на небольших по площади воздушных рулях, их траектория мало отличается от траектории НАБ.

Современные УАБ представляют собой достаточно сложные и крупногабаритные устройства, имеющие массу 1,5…5,0 т и длину 2…5 м. Наличие крыльев и рулей затрудняет подвеску бомб на самолете, а эффективность их применения во многом определяется уровнем подготовленности экипажа. Поэтому УАБ – весьма дорогостоящие боевые средства: примерно в 6–30 раз дороже НАБ того же

32

калибра (например, одна НАБ калибра 500 кг стоит 600…800 долл. США), и применение их должно быть обоснованным.

После обнаружения цели процесс прицеливания при бомбометании УАБ подразделяется на два этапа:

1)предварительное прицеливание до сброса бомбы, под кото-

рым понимается совокупность действий бомбардира, обеспечивающих вывод самолета в точку пространства, наиболее удобную для сбрасывания бомбы и последующего управления ею; оно выполняется с использованием обычных приемов и приборного оборудования для бомбометания при горизонтальном полете НАБ;

2)непосредственное наведение УАБ на цель после ее сброса, в

ходе которого формируются команды для коррекции траектории бомбы в случае ее отклонения от программной траектории сближения с целью.

В процессе наведения УАБ используются две группы приборов. Первая служит для определения отклонения бомбы от программной траектории и формирования пропорционального ему сигнала управления, а вторая – для приема этого сигнала и преобразования его к виду, удобному для использования исполнительными органами (приводами рулей) в процессе последующей коррекции траектории УАБ.

В зависимости от особенностей работы и размещения этих двух групп приборов различают следующие методы наведения УАБ на цель:

1)наведение от бомбардира, или командное наведение, когда первая группа приборов находится на самолете – носителе УАБ и функционирует при непосредственном участии штурмана-бомбар- дира, а вторая группа приборов устанавливается на бомбе и принимает сигналы управления с самолета по командной линии связи (например, по радиоканалу);

2)наведение от цели, или самонаведение, когда обе группы приборов размещаются на УАБ, при этом сигнал управления формируется инерциальной (гироскопической), радиолокационной или оптической головкой самонаведения;

3)программный метод наведения, когда все приборное обору-

дование размещается на УАБ, а ее управление осуществляется по команде программного устройства согласно заранее подготовленному алгоритму;

4)комбинированный метод наведения, когда на начальном участке траектории УАБ управление ею выполняется командным или программным способом, а на конечном участке реализуется метод ее самонаведения [4].

33

Наведение УАБ по методу накрытия является простейшим для реализации командным методом управления ею бомбардиром. В процессе реализации этого метода наведения УАБ должна находиться на прямой, соединяющей самолет-носитель и цель, т. е. на линии ее визирования, или на луче. Отсюда и два других названия этого метода наведения: метод трех точек или наведение по лучу. Поскольку свободно брошенная бомба всегда отстает от самолета, для выполнения такого метода наведения необходимо использовать специальные приемы бомбометания, которые обеспечивают вывод УАБ на программную траекторию, где она уже может находиться на прямой «самолет – цель». К таким приемам можно отнести бомбомета-

ние с заведомым перелетом УАБ, когда БР < п; бомбометание с

предварительным разгоном самолета и др.

Наиболее удобным для реализации следует считать бомбометание с предварительным разгоном, когда перед сбрасыванием УАБ самолет разгоняется до некоторой максимально возможной

скорости Vmax , а после сброса УАБ резко уменьшает эту скорость.

Благодаря этому бомба как бы догоняет самолет и в некоторой точке выходит на программную траекторию наведения. С этого момента начинается процесс непосредственного наведения УАБ на цель, который реализуется бомбардиром с помощью несколько модернизированного ПНК для бомбометания при горизонтальном полете и специального командного прибора (рис. 16).

Рис. 16. Функциональная схема системы командного наведения УАБ

34

Штурман, одновременно наблюдая за целью и УАБ, вращением рукояток визирования «набрасывает» основное перекрестие 1 визирной системы ПНК на изображение цели и включает механизм синхронизации. Последний обеспечивает последующее автоматическое удержание линии визирования на цели (тем самым задается опорная прямая «самолет – цель»).

При отклонении УАБ от программной траектории (при смещении ее изображения с перекрестия 1) штурман вращением руко-

яток 3 и 3 «набрасывал» дополнительное перекрестие 2 на изображение УАБ, измеряя тем самым текущие значения продольной ( пр) и боковой ( бок) угловых погрешностей наведения ее на

цель. Сигналы, пропорциональные этим погрешностям (рассогласованию), поступают на вход командного прибора (КП), где с уче-

том сигнала U ti , вырабатываемого часовым механизмом (ЧМ),

формируется сигнал управления. Последний по радиокомандной линии связи передается на борт УАБ, где используется для коррекции траектории бомбы, продолжающейся до тех пор, пока в угловом поле ВС дополнительное перекрестие 2 и изображение УАБ не совпадут с основным перекрестием 1 (целью).

Часовой механизм включается в момент сброса бомбы, поэтому сигнал U ti пропорционален текущему удалению УАБ от са-

молета. По мере сближения бомбы с целью он увеличивает коэффициент усиления сигнала управления с учетом текущего значения угловой погрешности наведения бомбы.

Достоинством такого метода наведения УАБ можно считать простоту его реализации, небольшую стоимость требуемого приборного оборудования, бóльшая часть которого используется многократно, а также достаточно высокую методическую точность наведения. Линейная методическая погрешность наведения УАБ

м определяется наклонной удаленностью lн самолета от цели в

момент прекращения процесса управления УАБ, а также погрешностью, возникающей при совмещении штурманом основного пе-

рекрестия с изображением цели 1 и дополнительного перекрестия с изображением УАБ 2 (рис. 17). Полагая погрешности

штурмана одинаковыми по значению и случайными по направлению, можно считать, что

35

Фактическая погрешность будет больше, так как выше не были учтены инструментальные погрешности механизма синхронизации, командного прибора и устройств управления, размещенных на самой бомбе, а также отклонения линии визирования вследствие вертикальной турбулентности слоя атмосферы

(до 1 ) и другие факторы. Недостатками метода являются: 1) необхо-

димость нахождения самолета-носителя в районе цели весь период наведения УАБ и невозможность совершения им противозенитного маневра; 2) ограничение дальности и самой возможности управления бомбой визуальной видимостью цели (в хвостовой части бомбы могут устанавливаться специальные источники излучения – трассеры, облегчающие ее видимость), в результате чего даже при хороших метеоусловиях дальность управления не превышает 10…15 км; 3) большое влияние на процесс управления УАБ (точность наведения) уровня подготовленности штурмана и его психологической устойчивости в боевых условиях.

9.ТЕЛЕВИЗИОННО-КОМАНДНЫЙ

ИКОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОДЫ НАВЕДЕНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ АВИАЦИОННЫХ БОМБ

При использовании телевизионно-командного метода наведения УАБ недостатки, присущие ранее рассмотренному методу, в значительной мере устраняются, так как в этом случае система

36

управления сочетает в себе достоинства как видимого (высокая разрешающая способность), так и радиолокационного (большая дальность действия и свобода маневра самолета-носителя) способов контроля положения УАБ на траектории ее наведения [5].

Для реализации этого метода наведения в головной части УАБ устанавливают малогабаритную телекамеру (ТК). Видеосигнал от наблюдаемого ею участка поверхности земли и перекрестия (оно задает оптическую ось ТК) по радиокомандной линии связи передается на самолет-носитель (рис. 18). Здесь он в виде воспроизведен-

Рис. 18. Схема системы телевизионно-командного наведения УАБ

ной на экране видеоконтрольного устройства (ВКУ) картины предъявляется штурману. Последний пропорционально значению и направлению текущего смещения цели относительно перекрестия формирует на входе командного прибора (КП) сигнал рассогласования U ( , ). Командный прибор с учетом известных баллистических

качеств УАБ и ее возможностей к планированию формирует и по радиоканалу передает на бомбу сигнал управления Uу, по команде

которого исполнительные органы (ИО) обеспечивают необходимую коррекцию ее траектории. Очевидно, что команды управления будут передаваться на УАБ до тех пор, пока она не выйдет на программную траекторию, когда угол 0, а вектор ее скорости будет на-

правлен на цель.

37

С позиции обеспечения требуемой помехозащищенности телекамера должна иметь ограниченное угловое поле (обычно около 15°…18°). Поэтому для реализации процесса наведения бомбы начиная с момента ее сброса с самолета-носителя ТК должна определенным образом разворачиваться относительно продольной оси УАБ (вектора ее скорости) на некоторый текущий угол упреждения i . Это обеспечивает постоянное нахождение цели в пределах углового поля ТК, а на конечном участке траектории УАБ еще и совпадение оптической оси камеры с вектором скорости бомбы. Такой разворот ТК осуществляется специальным приводом, алгоритм работы которого исходит из условия предполагаемого движения УАБ по траектории НАБ. Кроме того, поскольку УАБ в процессе сближения с целью может совершать случайные колебания вокруг своего центра масс, что вызовет перемещения изображения цели относительно перекрестия ТК, телекамеру необходимо устанавливать на бомбе в двухосном гиростабилизированном подвесе. Это еще больше усложняет конструкцию бортовой системы управления и увеличивает стоимость УАБ.

Работа таких телевизионно-командных систем управления движением бомб ограничивается дальностью видения (захвата) цели ТК около 15….20 км (в благоприятных метеоусловиях) при дальности их управления в случае передачи этого процесса другому самолету до 300…500 км (она зависит от мощности телепередатчика, установленного на бомбе). Опыт разработки и боевого применения УАБ с подобной системой наведения показал, что их использование позволяет резко сократить расход боеприпасов, уменьшить количество самоле- то-вылетов и обеспечить выполнение бомбометания на относительно безопасном расстоянии от цели. При этом высокая стоимость таких УАБ (около 15…20 тыс. долл.) оправдывается значительным повышением точности бомбометания. Ожидаемое отклонение точек паде-

ния подобных УАБ от цели м определяется наклонной дальностью «бомба – цель» lб ц в момент прекращения ее наведения, а также угловой разрешающей способностью ТК ТК и погрешностью оператора 0 ЗА / ГТВ (угловым разрешением его ЗА с учетом види-

мого увеличения телевизира) на этапе совмещения изображения цели и перекрестия наэкране ВКУ, т. е.

м lб ц ,

38

В свою очередь, значение ТК при известных параметрах телекамеры может быть рассчитано как ТК 2h( f0 Zp ), где h – высота фотокатода телевизионного приемника излучения, f0 – фокусное расстояние объектива ТК, а Zp – рабочее число строк разложения изображения. Так, при f0 100 мм, Zp 500 и h 15 мм имеем ТК 6 10 4 рад, а поэтому в случае lб ц 500 м и 0

1 3 10 4 рад ожидаемая методическая погрешность наведения УАБ составит примерно 0,33 м (фактическая погрешность, как показала практика, будет существенно больше).

Дальнейшим развитием этого метода наведения УАБ стала комбинированная система: телевизионно-командная на начальном и среднем участках траектории бомбы и система телевизионного самонаведения на конечном участке. Это исключает участие штурмана в процессе управления бомбой на конечном участке ее сближения с целью. В процессе самонаведения бомбы система управления ею реализует корреляционный принцип формирования сигнала рассогласования, когда текущий видеосигнал от цели на выходе ТК сравнивается с его эталонным образом. Последний запоминается системой сначала на конечном этапе телевизионно-командного наведения, а затем обновляется по мере сближения бомбы с целью посредством перезаписи одного из текущих ее изображений в запоминающее устройство системы.

Примером подобной УАБ, принятой на вооружение армией США, является планирующая авиабомба Уоллай с раскрывающимися после сброса крестообразными крыльями [6]. Структурнофункциональная схема системы управления бомбой представлена на рис. 19. В ходе начального управления бомбой текущая видеоинформация с выхода телекамеры (ТК), построенной на матричном приемнике излучения (МПИ), после предварительного усилителя (ПрУ) и ее обработки микропроцессором (МП) передается по

радиоканалу (Пб, Пс – приемопередающие системы бомбы и са-

молета-носителя) на самолет-носитель, где воспроизводится на экране ВКУ. В случае необходимости бомбардир с помощью командного прибора (КП) передает на бомбу сигналы для коррекции ее движения. После включения штурманом режима самонаведения

(передачи на бомбу команды Uс) видеосигнал, формируемый МП,

39

Рис. 19. Схема системы комбинированного наведения УАБ

записывается устройством запоминания текущего изображения ЗУт. Одно из этих изображений принимается за эталонное и хранится в запоминающем устройстве эталона – ЗУэ. Видеосигналы с выхода обоих ЗУ поступают на вход компаратора (К), где происходит их поэлементное сравнение, по результатам которого вырабатывается оценка смещения U ( X , Y ) сравниваемых видеокар-

тин. Эта оценка с помощью блока формирования сигнала (БФС) преобразуется в сигнал управления Uу, поступающий на привод

рулей (Пр) бомбы. Так как при сближении УАБ с целью значение коэффициента корреляции уменьшается в результате увеличения масштаба текущего изображения, эталонное изображение перио-

дически обновляется (перезаписывается) по сигналу Uп компаратора. Для учета влияния возможного крена УАБ (случайного ее разворота вокруг оси Х на угол б) в систему управления вве-

ден блок поворота эталонного изображения БПэ. По его команде U ( ) эталонное изображение поворачивается на некоторый ма-

лый угол б, а затем сравнивается с текущим изображением. При этом проверяется изменение коэффициента корреляции (сиг-

40