книги из ГПНТБ / Учебник механика военно-воздушных сил ракетное вооружение

оси амплитуда переменной составляющей остается по­

р и с т ино й оптического координатора. На рис. 73 при­ ведена модуляционная характеристика для рассмотрен­ ного выше модулирующего диска. Из рисунка следует, что в некотором диапазоне 0 < р < ро амплитуда огибаю­ щей пропорциональна величине отклонения пятна изо­ бражения цели от оптической оси:

A = kр,

где k — коэффициент пропорциональности.

Величину р можно выразить через угол между опти­ ческой осью координатора и направлением на цель. На рис. 74 изображена пространственная картина хода лу­ чей от цели. Оптическая система на рисунке условно представлена в виде одной линзы.

Из рисунка следует, что

tg Д = — , h

где f0— фокусное расстояние оптической системы. Учитывая, что угол А не превышает единиц градусов,

можно приближенно заменить тангенс угла самим углом.

120

Подставляя вместо р выражение для амплитуды сигна­ ла, получим

kfo'

Таким образом, угол А можно определить, измерив ам­ плитуду огибающей переменного напряжения.

Однако, измерив угол Д, мы еще не знаем, как рас­ положена плоскость рассогласования, в которой изме­

г

Рис. 74. Принцип построения изображения цели

ряется этот угол (на рис. 74 эта плоскость заштрихова­ на). Чтобы определить положение этой плоскости, не­ обходимо ввести систему отсчета. На рис.. 74 в плоскости фотосопротивления введена система координат Oyz, в которой положение плоскости рассогласования опре­ деляется углом ф. Простыми рассуждениями можно по­ казать, что углу ф можно поставить в соответствие фазу огибающей переменного напряжения.

Для реализации системы отсчета в оптическом коор­ динаторе служит генератор опорного напряжения. Он генерирует гармонический сигнал, фазовые точки кото­ рого соответствуют определенному положению диска по отношению к корпусу ракеты. Практически это дости­ гается тем, что вращение модулирующего диска и якоря генератора опорного напряжения осуществляется от од­

121

ного и того же двигателя. Примем за начало отсчета по­ ложение диска, показанное на рис. 67. В момент начала вращения диска одновременно включается и генератор опорного напряжения, который генерирует синусоидаль­ ный сигнал. С момента начала вращения диска перемен­ ная составляющая тока на фотосопротивлении будет равна нулю. Только после того как диск повернется на угол ф, возникает переменная составляющая тока, как следствие последовательного перекрытия потока излуче­ ния от цели прозрачными и непрозрачными секторами диска. Момент начала пакета колебаний будет соответ­ ствовать фазе ф опорного напряжения. Принимая опор­ ное напряжение за начало отсчета и сравнивая его с фа­ зой огибающей переменного напряжения, можно опреде­ лить угол ф. Заметим, что опорная система координат Oyz неподвижна относительно корпуса ракеты, так как генератор опорного напряжения жестко скреплен с кор­ пусом ракеты.

Таким образом, амплитуда огибающей переменного напряжения пропорциональна углу А, а фаза огибающей по отношению к фазе опорного напряжения определяет угол ф.

Изложенное показывает, что модулирующий диск поз­ воляет осуществить выделение точечной цели на одно­ родном фоне и совместно с генератором опорного напря­ жения определять координаты положения цели. Факти­ чески фон редко бывает однородным. Обычно всегда имеются неоднородности, например облака. Неоднород­ ный фон создает неоднородную облученность фотосопро­ тивления. При вращении модулирующего диска за счет неоднородного фона возникает дополнительный пере­ менный сигнал, который будет служить помехой. Однако неоднородности фона имеют значительные размеры по сравнению с размерами цели (например, размеры обла­ ка велики по сравнению с самолетом), и вследствие это­ го изображение неоднородностей фона на модулирую­ щем диске будет одновременно перекрываться несколь­ кими прозрачными и непрозрачными секторами диска. Поэтому амплитуда переменной составляющей из-за не­ однородности фона будет меньше амплитуды перемен­ ного сигнала за счет излучения от цели. В этом и состоит пространственная фильтрация цели.

При сближении самонаводящейся ракеты с целью

122

мощность сигнала, воспринимаемого оптическим коорди­ натором, возрастает в десятки тысяч раз. Для обеспече­ ния нормальной работы всех электронных устройств ко­ ординатора цели в условиях большого изменения мощ­ ности сигнала служит схема автоматической регулиров­ ки усиления. В отличие от систем телеуправления схема автоматической регулировки усиления в системах само­ наведения уменьшает коэффициент усиления, обеспечи­ вая независимость величины сигнала от дальности до цели.

Основными характеристиками оптического координа­ тора цели являются угол поля зрения, дальность дейст­ вия и точность измерения координат. Угол поля зрения определяется параметрами конструкции оптической си­ стемы. С тактической точки зрения целесообразно уве­ личивать угол поля зрения, так как при этом увеличи­ вается область пространства, в которой координатор мо­ жет обнаружить цель. Но с увеличением угла поля зре­ ния увеличивается принимаемая координатором мощ­ ность излучения фона. Поэтому существует оптимальное значение угла поля зрения. Для современных оптических координаторов угол поля зрения составляет 2,5—3°. Сле­ дует различать максимальную и минимальную дальность действия оптического координатора. Максимальной дальностью действия называется дальность, на которой координатор обнаруживает цель. Максимальная даль­ ность действия определяется мощностью полезного сиг­ нала от цели, помехами от излучения фона и парамет­ рами координатора (углом поля зрения, чувствительно­ стью фотосопротивления и т. п.). Минимальная даль­ ность действия — это дальность, на которой происходит «ослепление» координатора. При небольшой дальности до цели ее угловые размеры становятся настолько боль­ шими, что полностью заполняют все поле зрения коорди­ натора.

Точность определения координат зависит от фоновых помех, внутренних шумов и точности изготовления эле­ ментов координатора цели.

§ 4.5. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ КООРДИНАТОРЫ

Возможны три типа схем радиолокационных коорди­ наторов: пассивные, полуактивные и активные. Схемы

123

пассивного и полуактивного типов по существу одина­ ковы. Схема активного радиолокационного координато­ ра отличается от схем пассивного и полуактивного типов наличием передатчика электромагнитной энергии и ан­ тенного коммутатора — устройства, переключающего од­ ну и ту же антенну либо на передачу энергии, либо на прием. Поэтому мы рассмотрим только схему активного радиолокационного координатора цели, изображенную на рис. 75, из которой можно получить схемы пассив­

ного и полуактивного типов исключением передатчика и антенного коммутатора.

Передатчик генерирует радиоимпульсы, представляю­ щие собой пакеты электромагнитных колебаний опреде­ ленной длины волны. В современных радиолокационных координаторах цели генерирование электромагнитных колебаний осуществляется м а г н е т р о н о м . Принцип работы магнетрона основан на ускорении электронов магнитным полем. При ускоренном движении электро­ нов происходит излучение электромагнитной энергии.

Выбор рациональной длины волны электромагнитных колебаний определяется габаритами антенны и условия­ ми прохождения через атмосферу. Для передачи элек­ тромагнитной энергии целесообразно использовать уча­ стки шкалы электромагнитных волн, в которых ослаб­ ление энергии в атмосфере минимально. Для радиодиа­ пазона подходящими являются участки 0,6—1,0 мм и

124

2—3,5 см. Частота электромагнитных колебаний связана с длиной волны соотношением

где с — скорость света, равная 300 000 км/сек.

Частоту электромагнитных колебаний называют не­ сущей частотой. Пакеты электромагнитных колебаний можно рассматривать как импульсы, имеющие опреде­ ленные длительность iu, амплитуду А и период следова­ ния Т. Амплитуда импульсов определяется мощностью передатчика. Период следования импульсов Т выбирает­ ся исходя из дальности действия радиолокационного ко­ ординатора цели.

Антенный коммутатор подключает антенну последова­ тельно то к передатчику, то к приемнику. Одновременно с переключением антенны на передачу энергии антенный переключатель закрывает вход приемника, предохраняя его от воздействия очень мощного потока электромаг­ нитной энергии. С переключением антенны на прием од­ новременно закрывается вход в передатчик, что обес­ печивает поступление принимаемой энергии только в приемник. Принцип работы антенного переключателя со­ стоит не в механическом закрытии входов передатчика и приемника. Он основан на электромагнитных процессах в волноводных трактах. Антенный переключатель сраба­ тывает автоматически за счет различия в мощности (де­ сятки и сотни киловатт) излучаемой и принимаемой (10~12—10“14 вт) электромагнитной энергии.

В радиолокационных координаторах цели измерение относительных координат цели основано на использова­ нии равносигнальной или мгновенной равносигнальной зоны. Способ широко применяется как в системах само­ наведения, так и в системах телеуправления по радио­ зоне. Соответственно конструкция антенны и схемы при­ емника и выделения сигнала ошибки в радиолокацион­ ных координаторах цели такие же, как и в системах те­ леуправления по радиозоне. Единственное существенное различие в схемах приемников состоит в том, что в сис­

сложной супергетеродинной схемы приемника в системах

125

самонаведения диктуется необходимостью усиливать бо­ лее слабый сигнал, чем в системах телеуправления по лучу.

Рассмотрим принцип работы радиолокационного ко­ ординатора цели с мгновенной равносигнальной зоной фазового типа. Конструкция антенной системы такого координатора показана на рис. 76. Антенная система со­ стоит из четырех антенн А и А2, А3, А4, разнесенных друг

от друга на расстояние d. Диаграммы направленности всех антенн параллельны друг другу. Для выяснения принципа измерения угловых координат цели достаточно рассмотреть только две антенны А х и А 3. При большой дальности до цели можно считать, что отраженная элек­ тромагнитная волна является плоской. Пусть направле­ ние на цель определяется по отношению) к оси антенн А\, А3 углом ср. Тогда фронт отраженной от цели волны вначале попадает в точку А х, а затем, дополнительно пройдя расстояние / (рис. 77), в точку А 3. Скорость дви­ жения электромагнитной волны конечна и равна скоро­ сти света, поэтому сигнал, принятый в точке А 3, будет запаздывать по отношению к сигналу, принятому в точ­ ке Ах. Это запаздывание можно трактовать как сдвиг фазы электромагнитных колебаний. Сдвиг фазы колеба­ ний можно выразить через угол ф, так как сдвиг фазы определяется расстоянием /, а оно в свою очередь зави­

126

сит от угла <р. Зависимость между сдвигом фазы ф и углом ср дается формулой

где X— длина волны электромагнитных колебаний.

Измеряя сдвиг фазы ф, можно определить угловое положение цели по отношению к осям антенн А и Аъ,т. е. определить относительные координаты цели. Аналогич­ ные рассуждения справедливы и для другой плоскости.

Сигналы, принимаемые антеннами с помощью волно­ водов, складываются (вычитаются) и затем подаются в приемник на смеситель. На смеситель одновременно по­ дается сигнал с гетеродина. Выходной сигнал смесителя представляет собой пакеты колебаний промежуточной частоты. Далее сигнал детектируется, усиливается в приемнике и поступает на фазовые детекторы, на кото­ рые подаются сигналы генератора опорного напряже­ ния. На выходе фазовых детекторов величина сигнала пропорциональна угловой координате положения цели в соответствующей плоскости, а знак определяет направ­ ление на цель. Схема автоматической регулировки уси­ ления обеспечивает независимость мощности сигнала от дальности до цели. Таким образом, радиолокационный координатор с мгновенной равносигнальной зоной обеспе­ чивает измерение угловых координат цели относительно осей антенн в двух взаимно перпендикулярных плоско­ стях.

Дальность действия радиолокационного координато­ ра цели составляет десятки километров и зависит от мощности передатчика, длины волны излучения, эффек­ тивной площади отражения цели, мощности собственных шумов и условий прохождения излучения через атмос­ феру.

Точность измерения координат цели определяется от­ ношением мощности полезного сигнала к мощности по­ мехи и ошибками элементов схемы координатора. Мощ­ ность помех, воспринимаемых радиолокационным коор­ динатором, значительно больше, чем в оптических координаторах. Это обстоятельство заставляет уделять большое внимание повышению помехозащищенности ра­ диолокационных координаторов.

127

§ 4.6. СЛЕДЯЩИЕ КООРДИНАТОРЫ

Оптические и радиолокационные координаторы могут быть выполнены в виде следящих устройств. Для этого достаточно поворачивать координатор с помощью двига­ телей таким образом, чтобы обеспечить непрерывное слежение за целью. Следящие координаторы обладают новым качеством — с их помощью можно измерять угло­ вую скорость вращения линии дальности. Измерение уг-

Рис. 78. Электромеханическая схема следящего координатора

ловой скорости линии дальности позволяет применить один из наиболее рациональных методов наведения — ме­ тод параллельного сближения.

В зависимости от типа привода различают гироско­ пические, электромеханические и гидравлические схемы координаторов цели. На рис. 78 приведена электромеха­ ническая схема следящего координатора. В данной схеме сам координатор цели (оптический или радиолокацион­ ный) связан с корпусом ракеты с помощью рамок. На осях рамок расположены электродвигатели, вращающие его относительно ракеты. На двигатели подаются выход­ ные сигналы координатора цели, пропорциональные уг­ лам отклонения оси координатора от направления на цель в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Ана­ логично выполняются гидравлические схемы следящих координаторов, только вместо электродвигателей исполь­ зуются гидравлические двигатели.

128

Чтобы выяснить, Как осуществляется измерение уг­ ловой скорости линии визирования, рассмотрим работу одного канала следящего координатора. Предположим вначале, что линия визирования неподвижна в простран­ стве, а ось координатора направлена под некоторым уг­ лом к этой линии. В этом случае на выходе координатора цели будет сигнал, пропорциональный углу рассогласо­ вания между осью и направлением на цель. Если напря­ жение, пропорциональное углу рассогласования, прило­ жить к электродвигателю постоянного тока, то двигатель будет поворачивать координатор цели до тех пор, пока ось его не совместится с направлением на цель. Этому моменту будет соответствовать нулевой сигнал на выходе координатора цели, и, следовательно, двигатель остано­ вится.

При вращении линии визирования с постоянной уг­ ловой скоростью и точном слежении координатора за целью якорь двигателя также вращается с постоянной угловой скоростью. Как известно, вращение электродви­ гателя постоянного тока с постоянной скоростью обеспе­ чивается приложением к управляющей обмотке двигате­ ля постоянного напряжения. Таким образом, напряжение, подаваемое на управляющую обмотку электродвигателя, пропорционально угловой скорости вращения линии визирования. Измеряя это напряжение (или ток в управ­ ляющей обмотке), можно определить угловую скорость вращения линии визирования.

Приведенные рассуждения справедливы лишь в слу­ чае, если корпус ракеты не вращается в пространстве. Фактически при полете корпус ракеты под действием случайных возмущающих моментов непрерывно колеб­ лется. Это приводит к тому, что напряжение на управ­ ляющей обмотке электродвигателя зависит и от угловой скорости вращения корпуса ракеты. Чтобы убедиться в этом, достаточно рассмотреть случай неподвижной линии визирования. При вращении ракета будет увлекать за собой следящий координатор. Для того чтобы следить за неподвижным направлением в пространстве, двигатель должен вращать координатор цели относительно корпуса ракеты. Следовательно, при неподвижной линии визиро­ вания напряжение на двигателе будет равно не нулю, а угловой скорости вращения корпуса ракеты. Таким образом, сигнал на входе в электродвигатель нельзя