книги из ГПНТБ / Вулконский Б.М. Основы теории радиолокационных устройств самонаведения ракет учебник

йугол крена чР ракеты замеряются чувствительными элементами

вавтопилоте ракеты. Таким образом, задача отстройки координа­ тора РГС от колебаний ракеты по курсу и тангажу может быть ре­ шена путем регулирования по возмущению. При отстройке Коорди­ натора РГС от крена ракеты необходимо предварительно, до пода­ чи на электроприводы, сигнал со свободного гироскопа крена под­

вергнуть преобразованию:

Uy = —Ufsin е,;

(10-38)

Uz — — С/fCOS et sine2,

где Uy, Uz — сигналы, поступающие на усилители; U1 — сигнал с гироскопа крена;

si и s2— текущие углы разворота антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях в режиме поиска.

Подобного типа преобразования достаточно просто могут быть выполнены в схеме на СКВТ (рис. 10-16).

2. При больших угловых скоростях линии визирования возра тает динамическая составляющая ошибки. Для ее уменьшения необходимо увеличивать коэффициент усиления разомкнутого кон­ тура следящего привода (добротность контура). Увеличение же ко­ эффициента усиления приводит к расширению полосы пропускания контура и к увеличению ошибки АСН за счет флуктуаций сигнала.

Когда координатор РГС не развязан от колебаний ракеты, для уменьшения составляющей динамической ошибки за счет коле­ баний ракеты необходимо еще больше увеличивать коэффициент усиления разомкнутого контура, что может привести к потере устой­ чивости, и система АСН вообще не будет работоспособна.

Следовательно, при проектировании следящего привода прихо­ дится сталкиваться с рядом противоречивых обстоятельств. В каж­ дом конкретном случае необходимо определить, какая составляю­ щая в ряду ошибок (10-19) или (10-20) является основной.

420

Например, при использовании в контуре АСН угловой скорости

линии визирования г), как правило, основной вес имеют ошибки, вы­ званные колебаниями ракеты. В этом случае даже применение ги­ ростабилизатора или свободного гироскопа в качестве исполни­ тельного элемента в следящем приводе полностью не освобождает сигнал угловой скорости от влияния крена ракеты. Несмотря на то, что сигнал, пропорциональный углу за счет колебаний по крену, не­ большой, сигнал, пропорциональный угловой скорости, фактически умножается на круговую частоту колебаний ракеты по крену, т. е. увеличивается в Q раз, где £2 — частота колебаний. Поэтому, если ошибки в угловой скорости линии визирования превышают допу­ стимую величину, то сигналы с блока формирования сигналов кор­ рекции, должны проходить преобразователь координат, который может быть выполнен на СКВТ.

Если угловая скорость линии визирования г] используется для формирования командных сигналов в системах АСН с электриче­ ским следящим приводом, то необходимо всегда развязывать ко­ ординатор РГС от колебаний ракеты. В противном случае угловые скорости колебаний ракеты в качестве положительной обратной связи будут поступать в контур управления ракетой, что может привести к неустойчивости системы в целом. Сигнал, пропорцио­

нальный ?! можно использовать также в качестве внутренней ста­ билизирующей обратной связи в схеме следящего привода. Такого вида внутренние обратные связи позволяют увеличивать коэффи­ циент усиления разомкнутого контура при тех же запасах устой­ чивости, что и при коррекции пассивными корректирующими уст­ ройствами.

3. По мере приближения ракеты к цели ошибки системы АСН, обусловленные флуктуацией угла отраженного сигнала, достигают значительной величины и в некоторых случаях могут преобладать над всеми остальными ошибками. В таких случаях приходится схе­ му следящего привода формировать, решая задачу оптимизации по минимуму дисперсии ошибки. Необходимо помнить, что формиро­ вание оптимального контура следящего привода по минимуму дис­ персии всегда связано с уменьшением быстродействия следящего привода.

В системах самонаведения ракет, предназначенных для стрель­ бы по высокоскоростным и маневренным целям, время наведения может оказаться очень малым. В таких случаях приходится решать задачу, идя на компромисс, т. е. несколько увеличивая ошибку, но сохраняя требуемое быстродействие.

4. При решении задачи выхода системы АСН в режим автосо­ провождения приходится учитывать взаимовлияние каналов, свя­ занных через пеленгационные характеристики координатора. За­ хват может происходить, когда цель находится на границе угла зрения координатора, т. е. при больших углах рассогласования оси

421

визирования с линией «ракета — цель». Пеленгационные характе­ ристики при больших углах рассогласования могут-быть описаны уравнениями вида

(10-39)

где коэффициенты — постоянные коэффициенты, зависящие от способа формирования сигналов коррекции £/<ру и U9z.

Уравнения (10-39) являются нелинейными уравнениями с той особенностью, что сигналы коррекций уменьшаются при значитель­ ном увеличении угла рассогласования ф. Это приводит к тому, что мгновенный коэффициент усиления системы уменьшается и время выхода системы АСН на режим автосопровождения увеличивается. На таких режимах расчет системы проводится с использованием методов нелинейной теории автоматического регулирования.

422

Г л а в а 11

АВТОМАТИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ЦЕЛИ ПО ДАЛЬНОСТИ (АСД)

§55. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ АСД, РЕЖИМЫ

ЕЕРАБОТЫ И НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ

Система АСД *) представляет собой электронное устройство, предназначенное для автоматического управления временным по­ ложением импульса, стробирующего приемник РГС. ,

На начальном этапе, когда РГС осуществляет поиск цели по на­ правлению, система АСД должна обеспечивать циклические пере­ мещения стробимпульса во времени в пределах, соответствующих диапазону возможных дальностей до цели, то есть обеспечивать по­

стробимпульса со временем прихода эхо-импульса от захваченной цели, то есть удержание эхо-импульса в пределах строба.

Переход системы от режима поиска цели к режиму сопровожде­ ния должен осуществляться по сигналу от автомата захвата и быть достаточно кратковременным, чтобы исключить возможность поте­ ри цели (возможность выхода эхо-импульса за пределы строба).

Таким образом, функция системы АСД в РГС сводится к обеспе­ чению работы системы углового сопровождения (системы АСН). Прежде чем начнет действовать система АСН, последовательность отраженных от цели эхо-импульсов селектируется по времени си­ стемой АСД, что практически исключает возможность попадания на вход АСН сигналов от двух и более целей.

Вспомогательный характер функции системы АСД в РГС позво­ ляет снизить ряд требований к ней по сравнению с системами АСД автоматических радиолокационных станций точного определения координат цели, в частности требование к точности сопровождения.

*)' Иногда в литературе систему АСД иногда именуют автоселектором. Последнее название более точно отражает функцию данного устройства в РГС. Однако в радиолокации общепринятым является первый термин.

423

Для нормальной работы РГС система АСД должна лишь удержи­ вать эхо-импульс в пределах строба, который примерно в два раза шире эхо-импульса.

Но наряду с этим специфика работы РГС предъявляет к системе АСД и ряд специальных требований. Система АСД РГС должна быть работоспобна при малых отношениях сигнал/шум, соответст­ вующих предельным дальностям захвата. Быстродействие системы должно соответствовать высоким относительным скоростям сбли­ жения ракеты с целью и значительным ускорениям при сближении. Система должна обладать памятью, которая бы исключала воз­ можность потери цели при кратковременном пропадании (замира­ нии) эхо-сигнала.

Рис. 11-1

Функциональная схема системы АСД РГС показана на рис. 11-1. Описание схемы удобно начать с устройства временной задержки (УВЗ), так как именно эхот элемент схемы является вы­ ходным. Сигналы с выхода УВЗ используются для формирования стробимпульсов, в чем и состоит назначение схемы.

УВЗ представляет электронную схему, на вход которой по­ даются запускающие импульсы 1 от синхрогенератора РГС. Момен­ ты подачи запускающих импульсов совпадают'с моментами генера­

424

ции зондирующих импульсов. С выхода УВЗ снимаются два смеж­ ных (следующих друг за другом вплотную) селекторных импульса 2 прямоугольной или близкой к прямоугольной формы. Длитель­ ность каждого селекторного импульса примерно равна длитель­ ности эхо-импульсов. В каждом периоде повторения селекторные импульсы задержаны относительно пускового импульса (зондирую­ щего импульса). Время задержки tcи отсчитывается от момента запуска схемы до момента, соответствующего середине селектор­ ных импульсов (линии раздела импульсов)и определяется постоян­ ным управляющим напряжением 6 с выхода блока управления (БУ). Селекторные импульсы 2 используются непосредственно для запуска генератора стробимпульсов, поэтому задержка последних относительно зондирующих импульсов та же, что и селекторных им­ пульсов.

Изменяя управляющее напряжение 6, можно изменять времен­ ное положение селекторных импульсов, а следовательно,'и стробимпульса, относительно зондирующего в любую сторону на нужную ве-

■личину. Эту задачу и решают остальные элементы схемы. В режи­ ме поиска управляющее напряжение 6 и закон изменения его во

времени задаются схемой поиска (СП). Схема поиска представляет автогенератор циклически меняющегося напряжения 5, которое че­ рез коммутирующий элемент (в простейшем случае — контакты реле) подается на БУ и далее на УВЗ. Поисковое напряжение 5' обычно имеет вид периодической, линейно-падающей функции вре­ мени с постоянной амплитудой и периодом, много большим периода повторения зондирующих импульсов. Это обеспечивает за период поискового напряжения временное перемещение стробимпульса с постоянной скоростью из положения, соответствующего максималь­ ной ожидаемой дальности до цели, в положение, соответствующее минимальной возможной дальности. Таким образом, в режиме по­ иска система работает как устройство программного управления.

'Задающим элементом является схема поиска, исполнитель­ ным—устройство временной задержки. Блок управления в этом ре­ жиме является, пассивным элементом, связывающим СП с УВЗ. Временной дискриминатор (ВД) в режиме поиска не работает, хотя на его вход и поступают селекторные импульсы.

При попадании в угол зрения РГС цели на входе стробируемого каскада приемного устройства в каждый период повторения воз­ никает эхо-импульс, центр которого задержан относительно зонди­ рующего на время tc, определяемое дальностью до цели.

В момент совпадения перемещающегося строба с эхо-импульсом последний проходит через стробируемые цепи приемника на вре­ менный дискриминатор 3 и далее в автомат захвата. Последова­ тельность эхо-импульсов вызывает срабатывание автомата захва­ та, который воздействует на коммутирующий элемент системы АСД. Коммутирующий элемент переключает вход блока управле­ ния с выхода схемы поиска на выход временного дискриминатора 4.

425

При этом поисковое движение строба прекращается, блок управле­ ния выдает на УВЗ управляющее напряжение, которое было в мо­ мент захвата, и строб фиксируется в положении захвата цели. Схе­ ма переходит в режим сопровождения захваченной цели.

Временной дискриминатор в каждый период повторения сравни­ вает время запаздывания селекторных импульсов tCH с временем запаздывания эхо-импульса tc. На выходе дискриминатора фор­ мируется электрический сигнал (постоянный ток) 4, величина кото­ рого пропорциональна абсолютному значению временной ошибки At = tc — tc а полярность соответствует знаку ошибки. Сигнал ошибки с выхода дискриминатора через коммутирующий элемент воздействует на блок управления, вызывая изменение управляю­ щего напряжения 6 и, соответственно, перемещение селекторных импульсов и строба в сторону уменьшения ошибки At.

Таким образом, в режиме сопровождения система АСД рабо­

запаздывания не может являться входным воздействием и отработ­ кой. Однако оно является тем характерным параметром импульс­ ных сигналов, воздействующих на систему, изменение которого вы­ зывает движение в ней.

Следящим элементом системы АСД в режиме сопровождения, реагирующим на ошибку At, является временной дискриминатор, регулируемым элементом — устройство временной задержки. Блок управления выполняет роль усилителя-преобразователя, связываю­ щего регулируемый и следящий элементы. Коммутирующий эле­ мент обеспечивает замыкание петли обратной связи системы при наличии сигнала захвата и размыкание этой петли с переводом си­ стемы в режим поиска в отсутствии сигнала захвата.

На рис. 11-2 показаны временные диаграммы сигналов в раз­ личных точках системы АСД, иллюстрирующие принцип ее работы. На диаграммах для большей наглядности форма эхо-импульсов от цели принята прямоугольной. В действительности эхо-импульсы имеют колокольную форму, но существо физических процессов в схеме это не меняет. Графики, относящиеся к режиму поиска и за­ хвата, дополнительных пояснений не требуют. На режиме сопро­ вождения следует остановиться подробнее, так как он является ос­ новным, определяющим выбор параметров системы АСД.

Статические и динамические характеристики замкнутого конту­ ра АСН в режиме сопровождения зависят от структуры блока уп­ равления.'Блок управления предназначен для преобразования сиг­ нала ошибки i —f^A t), формируемого временным дискриминато­ ром, в управляющее напряжение Uy —

426

Характеристики преобразования временного дискриминатора и устройства временной задержки обычно линейны в широких преде­ лах. То есть функцию преобразования УВЗ можно записать в виде

а функцию преобразования ВД

427

Следовательно, характер регулирования в замкнутом контуре АСД определяется только видом функции преобразования блока управления. В простейшем случае эта функция может быть выбра­ на линейной

Это значит, что блок управления выполнен по схеме линейного усилителя постоянного тока. Свойства системы АСД в установив­ шемся режиме с таким блоком управления легко определить. По­ следовательной подстановкой (11-3) и (11-1) в (11-2) получим

Из (11-4) следует, что в системе реализуется статический харак­ тер регулирования. В установившемся режиме система работает с ошибкой по временному положению селекторных импульсов, рав­ ной

где К0 = КвзКвяКбу — коэффициент усиления разомкнутого конту­ ра регулирования.

Видно, что статическая ошибка тем больше, чем больше даль­ ность до цели, а при фиксированной дальности ее величина зависит от коэффициента Ко- Последнее обстоятельство принципиально по­ зволяет во всех случаях уменьшить статическую ошибку до прием­ лемых значений за счет увеличения Ко- Однако практически дело осложняется тем, что при больших К о устойчивая работа контура может быть получена только за счет очень большой постоянной вре­ мени системы. Но основным недостатком статической системы АСД является отсутствие какой-либо «памяти». Кратковременные, глу­ бокие замирания эхо-сигнала приводят в ней к срыву сопровожде­ ния, так как В момент замирания г->0 и £/у->-0. Такой недостаток для системы АСД РГС, разумеется, не допустим'. Поэтому блок уп­ равления, реализующий линейную связь величин i и Uy, практи­ чески непригоден.

Для придания системе свойства «памяти» нужно обеспечить та­ кую связь между i и Uy, чтобы при кратковременном замирании си­ гнала ошибки (I = 0) напряжение Оу оставалось постоянным. Эта связь очевидна

где А — постоянный коэффициент.

428

При выполнении (11-6) система будет как бы «запоминать» по­ ложение селекторных импульсов в момент исчезновения эхо-сигна­ ла (i = 0, (Jy ¥= 0, то есть будет иметь «память» по положению.

Зависимость (11-6) может быть реализована блоком управле­ ния с функцией преобразования

t

То есть для придания системе «памяти» по положению блок упра­ вления должен быть выполнен по схеме интегратора.

Контур регулирования с одним интегрирующим звеном в цепи обратной связи обладает, как известно, астатизмом первого по­ рядка. .

Из (11-6) с учетом (11-1) можно получить

При постоянстве относительной скорости сближения ракеты с целью (F 0TH= const) условие устойчивого сопровождения цели имеет вид

Таким образом, при постоянстве относительной скорости сбли­ жения ракеты с целью в системе АСД с одним интегратором возни­ кает скоростная динамическая ошибка сопровождения, пропорцио­ нальная относительной скорости сближения. Выбором коэффи­ циентов АГвз, Авд и А эта ошибка всегда может быть уменьшена до допустимых значений. Статическая ошибка системы по положению (при Кохн = 0) всегда равна нулю.

429