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

управления первого вида могут быть как автоматически­ ми, так и неавтоматическими. Координаторы, в которых измерение координат цели (ракеты), вычисление ошибки наведения и передача ее в аппаратуру управления про­ изводятся без вмешательства человека, называются ав­ томатическими. Такие координаторы используются в си­ стемах командного управления, предназначенных для стрельбы по скоростным целям (самолетам, крылатым; ракетам, баллистическим ракетам и т. д.).

Для стрельбы по неподвижным или малоподвижным целям могут использоваться неавтоматические системы командного управления. В этих системах измерение ошибки наведения и ввод ее в аппаратуру наведения осуществляются оператором. Эти координаторы приме­ нялись для наведения первых образцов телеуправляемых авиационных бомб и крылатых авиационных ракет (тор­ пед). Координаторы командных систем управления, в- которых контроль за положением цели ведется с борта ракеты, могут быть только неавтоматическими. В про­ тивном случае получится система самонаведения, при­ чем часть аппаратуры наведения будет расположена на командном пункте.

В общем случае координатор системы командного' управления должен включать в себя устройства для контроля положения цели и ракеты, а также вычисли­ тель ошибки наведения. Для контроля положения цели или ракеты используется электромагнитная энергия, из­ лучаемая или отражаемая ими. В зависимости от вида используемой энергии контроль может быть визуальным, тепловым или радиотехническим. При визуальном конт­ роле цели используются видимые лучи света, при тепло­ вом— инфракрасные, а при радиотехническом — радио­ волны. Если цель или ракета обладают каким-либо ярко выраженным контрастом, т. е. излучают какой-либо вид электромагнитной энергии, то эта энергия может быть использована для контроля за их положением.

Системы контроля, использующие излучение цели, а также отраженную энергию Солнца или Луны, называ­ ются п а с с и в ны м и с и с т е м а м и к о н т р о л я . Они имеют сравнительно простое устройство и малый вес, но их работа в значительной мере зависит от свойств цели и условий боевого применения. Если цель не обладает свойствами контраста, то для слежения за целью и ра­

70

кетой используются активные или полуактивные системы контроля. Ак т и в н о й с и с т е м о й к о н т р о л я за целью называется система, в которой первичный источ­ ник энергии, позволяющий выделить цель на фоне неба

такая система, в которой первичный источник энергии расположен на командном пункте.

Основным преимуществом полуактивных систем конт­ роля перед активными является то, что источник энер­ гии, располагаемый на командном пункте, может обла­ дать значительно большей мощностью, нежели источник, установленный на ракете. При наличии полуактивной си­ стемы контроля бортовая аппаратура ракеты имеет меньший вес. Однако полуактивная система контроля цели демаскирует положение командного пункта и этим увеличивает вероятность срыва атаки цели из-за воз­ можности уничтожения самого командного пункта.

Системы контроля положения ракеты, так же как и системы контроля положения цели, в зависимости от рас­ положения источника энергии подразделяются на пас­ сивные, активные и полуактивные. Ракеты, имеющие достаточно малые геометрические размеры, обладают незначительной отражающей поверхностью. Поэтому для облегчения наблюдения за ракетами на них могут быть установлены специальные устройства, которые обеспечи­ вают выделение ракеты на окружающем ее фоне. К чис­ лу таких устройств следует отнести трассеры, радиопе­ редатчики, приемопередатчики (радиоответчики) и пас­ сивные отражатели.

В целях контроля за целью (ракетой) на командном пункте устанавливается, приемопередающая радиолока­ ционная станция, которая облучает цель и принимает от цели отраженные сигналы. При этом прием и пере­ дача энергии ведутся одной антенной. Радиотехнические устройства, предназначенные только для определения угловых координат цели, называются р а д и о п е л е н ­ г а т о р а м и . Р а д и о л о к а т о р о м называют устрой­ ство, предназначенное для измерения не только угловых координат цели, но и дальности до нее. Современные радиолокаторы обеспечивают автоматическое слежение за целью с помощью равносигнальной линии, которая создается следующим образом. С помощью антенны ра­

71

диолокатора формируется диаграмма направленности излучения, характеризующая интенсивность излучения электромагнитной энергии в различных направлениях. На рис. 43 показано продольное сечение диаграммы на­

правленности.

Интенсивность излучения антенны в данном направ­ лении пропорциональна длине отрезка, проведенного в рассматриваемом направлении от источника излучения (точка О) до пересечения с контуром диаграммы. Чем

Рис. 43. Диаграмма направленности антенны

больше угол между осью симметрии луча и рассматри­ ваемым направлением а, тем меньше интенсивность из­ лучения. Если угол а1 меньше угла а2, то интенсивность

излучения Ei больше интенсивности Е2. При а == 0 ин­ тенсивность излучения максимальна. Максимум излуче­ ния совпадает с осью симметрии луча радиолокатора.

Если вращать диаграмму направленности относитель­ но оси, расположенной под небольшим углом е к оси симметрии луча, то по оси вращения создается равно­ сигнальная линия. На рис. 44 показаны два противопо­ ложных положения луча радиолокатора (ОА и ОВ). Ось вращения луча в обоих его положениях удалена от оси

72

симметрии луча на один и тот же угол е. Поэтому интен­ сивность излучения энергии в направлении оси вращения луча будет равна Е как для верхнего ОА положения луча, так и для нижнего ОВ. Отсюда следует, что на оси вращения луча (оси антенны) интенсивность излу­ чения не зависит от положения луча в пространстве, а сама ось является р а в н о с и г н а л ь н о й л и н и е й .

Для создания равносигнальных зон могут приме­ няться радиостанции как с импульсным, так и с непре­ рывным излучением энергии. Радиостанции, применяе­ мые для радиоуправления и радиолокации, работают, как правило, на ультракоротких волнах (УКВ), т. е. в области дециметровых и сантиметровых волн. Это объ­ ясняется тем, что габариты антенн прямо пропорцио­ нальны длине волны излучения, имеют приемлемые раз­ меры. Благодаря благоприятным условиям распростра­ нения УКВ радиостанции имеют достаточную дальность действия. Более подробно об этом будет сказано в сле­ дующей главе.

§ 3.4. АППАРАТУРА КОМАНДНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Рассмотрим работу следящего радиолокатора. Опре­ деление расстояния до цели и направления на нее осно­ вано на том, что радиоволны распространяются со ско­ ростью света и что антенна радиолокатора обладает свойством направленности. Если радиолокатор работает в импульсном режиме, то для определения дальности достаточно измерить время прохождения импульса до цели и обратно. Для пересчета времени движения им­ пульса в пройденное им расстояние необходимо иметь устройство, измеряющее короткие отрезки времени. Электроннолучевая трубка, схема которой показана на рис. 45, позволяет решать поставленную задачу.

Электроннолучевая трубка представляет собой раз­ новидность электронной лампы. Она предназначена для визуального наблюдения различных сигналов. Излучае­ мые катодом электроны дополнительными электродами фокусируются в узкий пучок. Скорость электронов в пуч­ ке достигает нескольких тысяч километров в секунду. На своем пути электроны встречают стеклянный экран, покрытый специальным составом, который начинает све­ титься в том месте, куда попал пучок электронов. Если

73

на пути электронного пучка создать электростатическое или электромагнитное поле, то можно изменять направ­ ление движения электронов. Электростатическое поле создается двумя парами пластин (рис. 45). Пластины ААХ предназначены для вертикального перемещения, а ББх —для горизонтального перемещения электронного

Рис. 45. Схема электроннолучевой трубки

пучка. Для отклонения электронного пучка в направле­ нии пластины Б j необходимо потенциал пластины Б х сделать более положительным по отношению к потенци­ алу пластины Б. Если потенциал пластины Б i увеличи­ вать по линейному закону, то луч будет равномерно пе­ ремещаться слева направо.

Если луч двигается по экрану со скоростью 0,15 мм в 1 мксек, то по истечении 10 0 мксек луч переместится по экрану на 15 мм. За это же время передний фронт им­ пульса радиолокатора успеет пройти расстояние от ан­ тенны до цели и обратно. При скорости радиоволн 300 м в 1 мксек это расстояние равно 30 000 м. Следовательно, расстояние до цели равно 15 000 м. Для того чтобы можно было определить это расстояние по экрану элек­ троннолучевой трубки, предусмотрено специальное устройство. Оно обеспечивает совмещение начала дви­ жения луча с моментом излучения импульса. Момент прихода отраженного от цели импульса отмечается на экране трубки соответствующей отметкой или останов­ кой движения луча.

7 4

Направление на цель обычно указывают двумя угла­ ми, расположенными в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 46). Угол в горизонтальной плоскости v называется углом азимутацели, а угол в вертикальной плоскости е— углом места цели. Началом отсчета углов является линия пересечения плоскостей (ось Ох). Эту линию совмещают с каким-либо направлением: магнит-

Рис. 46. Схема определения координат цели

ной стрелки, курса самолета и т. д. Для определения угла, под которым возвращается отраженный от цели импульс, используется свойство направленного действия антенны радиолокатора. Известно, что диаграмма излу­ чения направленной антенны является также и диаграм­ мой ее приема.

Для определения угловых координат цели применяют

диаграммы направленности, поперечное сечение лепест­ ка и цель, имеющая угловое отклонение « от равносиг­ нальной линии. Если в данный момент времени ось ле­ пестка находится в верхнем положении, то от цели на приемную антенну будут приходить импульсы с интен­ сивностью Е\. При нахождении оси лепестка в нижнем положении от цели будут поступать импульсы с интен­ сивностью Е5. Причем Е\ > Е5. Если цель будет нахо­ диться на оси антенны,, т. е. линия цели и ось антенны

75

Радиолокатор излучает в пространство импульсы одинаковой .амплитуды. Интенсивность отраженных от цели импульсов будет зависеть от дальности до цели, отражающих свойств цели и углового отклонения цели от равносигнальной линии. Известно, что отраженный сигнал будет тем меньше, чем больше расстояние до це­ ли и чем меньше ее отражающая поверхность. Рассмот­ рим, как влияют на отраженный сигнал величина и на­ правление углового отклонения цели от равносигнальной линии. На рис. 47, б точками 1—8 отмечены положения оси лепестка диаграммы направленности, которые она последовательно занимает при движении по поверхности конуса. Если цель отклонилась на угол «, а ось диаграм­ мы направленности находится в положении 1, то интен­ сивность отраженного от цели сигнала равна Е\.

Можно считать, что при прочих равных условиях ве­ личина принятого отраженного сигнала будет тем боль­ ше, чем меньше расстояние от точки, лежащей на окруж­ ности, описываемой осью диаграммы направленности, до цели. В данном случае Еi определяется отрезком 1Ц\ при этом величина принятого сигнала имеет максималь­ ное значение. В положении 5 принятый сигнал Е5 опре­ деляется отрезком 5Ц и имеет минимальное значение. По аналогии найдем, что ЕА— Е6 и Е2 — Е6, а Ег = Е7. Если построить графики зависимости амплитуды сигна­ ла U на выходе приемника радиолокатора от положения оси диаграммы направленности (точки с 1 по 8 на оси О/) и угла рассогласования а, то окажется, что амплиту­ да сигнала изменяется почти по синусоидальному закону

(рис. 48,а).

Можно показать, что величина максимальной ампли­ туды сигнала пропорциональна углу рассогласования а; если сс2 <аз, то и2>щ (рис. 48,6). На рис. 48, в напря­ жение «о соответствует положению цели на равносиг­ нальной линии, т. е. а = 0. В этом случае принятые сиг­ налы имеют постоянное значение, т. е. отсутствует ам­ плитудная модуляция сигнала. Из рассмотренного при­ мера следует: отсутствие модуляции отраженного от це­ ли сигнала является признаком нахождения цели на оси равносигнальной зоны. Если ось равносигнальной зоны не направлена на цель, то появляется амплитудная мо­ дуляция отраженного сигнала. Глубина модуляции (ам­ плитуда) принятого сигнала зависит от величины угла

77

цели относительно равносигнальной линии.

На рис. 49 показаны изменения фазы и величины от­ раженного (принятого) сигнала в зависимости от поло­ жения цели и положения оси диаграммы направленно­ сти. График «Цель вверху» построен для случая откло­ нения цели вверх от равносигнальной линии. Максимум отраженного сигнала соответствует минимальному рас­ стоянию между целью и равносигнальной линией и на­ ходится в точке 1. При смещении цели из положения Ц\ в положение Ц3 смещается и начало положительной по­ луволны отраженного сигнала из положения 7 (для слу­ чая Hi) в положение 1 (Ц3), т. е. меняется фаза отра­ женного сигнала.

Подводя итоги, можно сделать следующие выводы. На выходе приемника радиолокационной станции сопро­ вождения цели получается переменное напряжение, ча­ стота которого равна частоте вращения луча радиоло­ катора. Амплитуда и фаза этого напряжения определя­ ются (при прочих равных условиях) величиной и направлением углового отклонения цели относительно оси равносигнальной зоны. Это напряжение принято назы­ вать н а п р я ж е н и е м с и г н а л а о ши б к и . Чтобы использовать это напряжение для направления равно­

78

сигнальной линии на цель, т. е. для управления привод­ ными двигателями антенны радиолокатора, его необхо­ димо сравнить с двумя переменными напряжениями, фаза которых зависит от положения в пространстве оси диаграммы направленности антенны. Эти напряжения

вырабатываются генератором опорных напряжений ГОН, ротор которого вращается с частотой вращения луча ра­ диолокатора. Пусть положительная полуволна опорного напряжения угла места цели и0Па начинается в точке 7

(рис. 47,6) и соответствует отклонению оси антенны ра­ диолокатора вверх от горизонта. Положительная полу­ волна опорного напряжения азимута u0nv начинается в

точке 1 и соответствует отклонению оси антенны радио­ локатора вправо от вертикальной плоскости. Фазы иоп8

и и опу сдвинуты на 90°.

79