Следящий координатор цели
Следящий координатор цели предназначен для непрерывного автоматического определения угла рассогласования между оптической осью координатора и линией ракета-цель, слежения за целью и выработки сигнала пропорционального, угловой скорости линии визирования ракета-цель ( Ел ).
СКЦ состоит из собственно координатора и электронного блока.
Координатор цели включает в себя два основных узла: статор и ротор (гироскоп).
Статор обеспечивает вращение ротора гироскопа, его электрическое арретирование и электромагнитную коррекцию и состоит из фланца и приклеенных к нему катушек -коррекции, вращения, пеленга (арретира) и ГОН.
Ротор представляет собой вращающийся с частотой ωг постоянный кольцеообразный магнит с явно выраженными полюсами, установленный на кардановом подвесе, обеспечивающим ротору возможность прокачиваться на углы пеленга. На роторе-магнит закреплены (рис. 7) сферическое зеркало, детали оптической системы, два фотоприемника (основного и вспомогательного каналов) и два предусилителя (ПУ) сигналов с фотоприемников (ФП).
Для извлечения информации об ошибке рассогласования, импульсная модуляция лучистого потока осуществляется путем вращения ФПок и ФПвк, расположенных в фокальных плоскостях излучения каналов, с нанесенными на них масками определенной конфигурации, обеспечивающими обратную зависимость длительности импульсов от угла рассогласования(рис. 8).
Рис. 7. Оптическая схема координатора
1
– обтекатель; 2 – бленда с ртутным
демпфером; 3 – контр-зеркало; 4 – ход
лучей, потока основного канала; 5 –
светоделительный(итерференционный)
фильтр; 6 – линза; 7 – фотоприемник
основного канала; 8 – зеркало-магнит; 9
– ход лучей потока вспомогательного
канала; 10 – фотоприемник вспомогательного
канала.
Рис. 8. Импульсная модуляция лучистого потока
Рис. 9. Спектральная плотность излучения различных источников
Сущность процесса модуляции заключается в следующем (рис.8). Чем меньше ошибка рассогласования (угол между оптической осью гироскопа к направлением на цель), тем ближе к оси вращения ФП фокусируется изображение источника излучения в виде пятна рассеяния малых размеров, т.е. ошибка рассогласования ΔΕ пропорциональна радиусу окружности (положения 1 и 2 на рис. 8), по которой "засвечивается" ФП при прохождении его светочувствительного слоя под изображением цели. Время же "засветки" ФП будет обратно пропорционально радиусу окружности сканирования, а момент "засветки" будет определять направление рассогласования.
Электронный блок СКЦ предназначен для преобразования модулированного лучистого потока в электрический сигнал управления синусоидальной формы на частоте вращения гироскопа, амплитуда которого пропорциональна углу рассогласования, а фаза определяет направление рассогласования.
В состав электрического блока СКЦ входят (рис. 6):
предусилители основного и вспомогательного канала ПУок и ПУвк;
схема АРУ;
фотоприемники ФПок и ФПвк;
схема переключения;
усилительно-преобразовательные элементы;
усилитель коррекции;
схема ближней зоны.
ФП обеспечивают преобразование модулированного лучистого потока в модулированный электрический импульс, длительность которого обратно пропорциональна углу рассогласования (ΔΕ), а момент его появления (фаза) определяет направление рассогласования.
В качестве ФПок используется охлаждаемый до температуры порядка - 200°С фоторезистор, выполненный на базе сурмянистого индия (InSb), максимум спектральной чувствительности которого лежит в диапазоне длин волн излучения 3,8...5,0 мкм.
В качестве ФПвк используется неохлаждаемый фоторезистор, выполненный на базе сернистого свинца (PbS) максимум спектральной чувствительности которого лежит в диапазоне 1,8...3,2 мкм.
Диапазон излучения лучистой энергии различными источниками представлен на рис. 9.
ПУ обеспечивают предварительное усиление сигналов с ФП до уровня, превышающего наводки "паразитных" сигналов во вращающемся контактом устройстве, и достаточного для работы последующих схем. ПУ представляет собой операционный усилитель на микросхеме, коэффициент усиления которого меняется в широких пределах сигналом со схемы АРУ.
Схема АРУ предназначена для выработки сигнала АРУ, обеспечивающего регулировку коэффициента усиления ПУ(одинакового для основного и вспомогательного каналов) в широких пределах в зависимости от мощности лучистого потока у попадающего на ФП. Схема АРУ работает только по сигналу с ПУок.
Схема переключения предназначена для селекции целей от организованных и фоновых помех и включает в себя логические элементы, срабатывающие при выполнении определенных условий. Входными сигналами схемы переключения являются сигналы с ПУок, ПУвк, пускового механизма (ПМ) и усилителя коррекции (УК). Отличительным признаком излучения целей, по сравнению с излучением организованных высокотемпературных помех типа ЛТЦ и отраженной фоновыми образованиями солнечной энергии, является спектральная плотность излучения (рис. 9). Поэтому, если в поле зрения ТГС попадает излучение цели, то отношение сигнала с Пуок к сигналу о ПУвк будет больше единицы, и схема переключения сформирует пропускающий строб на схему управления.
Если же в поле зрения ТГС попадает излучение ЛТЦ, то это отношение будет меньше единицы, и переключающий строб схемой переключения не формируется. Защита ТГС от собственного излучения протяженных фоновых образований обеспечивается самим видом модуляции (чем больше длительность импульса, тем меньше ошибка рассогласования).
Усилительно-преобразовательные элементы обеспечивают преобразование импульсного сигнала с ПУок в сигнал управления переменного тока на частоте вращения ротора гироскопа и усиления этого сигнала до требуемого значения.
Усилительно-преобразовательные элеметы в свой состав включают:
усилитель с АРУ;
схему управления;
избирательный усилитель;
амплитудный детектор с фильтром;
нелинейный элемент;
фазовращатель;
избирательный усилитель огибающей.
Структурная схема связей преобразовательно-усилительных элементов с другими схемами электронного блока координатора представлена на рис. 10.
Усилитель с АРУ производит нормирование импульсного сигнала с ПУок. При этом форма сигнала, полученная после его обработки в ПУок, в общем, сохраняется.
Схема управления представляет собой двухвходовую схему "И", на один вход которой поступает импульсный сигнал с усилителя с АРУ, а на второй - пропускающий строб признака цели со схемы переключения.
Избирательный усилитель предназначен для усиления импульсного сигнала таким образом, чтобы обеспечить требуемую зависимость амплитуды первой гармоники сигнала на выходе амплитудного детектора от ошибки рассогласовании (UΔΕ = ΔΕ). При этом выбор полосы пропускания и резонансной частоты усилителя производится с учетом заданных характеристик пятна рассеяния изображения цели в плоскости ФПок, формы маски ФП и частотных характеристик тракта обработки сигнала до усилителя. Характеристики избирательного усилителя оптимизируются с учетом действия шума и фона.
Амплитудный детектор предназначен для выделения первой гармоники импульсного сигнала, амплитуда которой обратно пропорциональна длительности импульса. Фильтр амплитудного детектора обеспечивает предварительную фильтрацию гармонического сигнала с амплитудного детектора.
Нелинейный элемент производит при необходимости корректировку зависимости, формируемой избирательным усилителем.
Фазовращатель предназначен для компенсации запаздывания сигнала в электронном блоке.
Избирательный усилитель огибающей производит дополнительную фильтрацию сигнала с целью выделения его первой гармоники, следующей на частоте вращения ротора гироскопа. Полоса пропускания этого усилителя выбрана достаточно широкой для обеспечения требуемого быстродействия следящего координатора цели.
Усилитель коррекции предназначен для усиления синусоидального сигнала с усилителя огибающей по мощности, что необходимо для осуществления коррекции гироскопа. Нагрузкой усилителя коррекции служит катушка коррекции и последовательно соединенные с ней активные резисторы, сигнал с которых поступает в УВК.
Схема ближней зоны служит для компенсации падения крутизны модуляционной характеристики сигнала коррекции в районе встречи ракеты с целью и определение момента работы схемы смещения в УВК.
В состав схемы ближней зоны входят:
усилитель с АРУ;
фазовращатель;
избирательный усилитель;
амплитудный детектор;
фильтр низких частот.
Входным сигналом для схемы ближней зоны является сигнал с ФПок, поступающий через дополнительный контакт ВКУ. При малых расстояниях до цели (начиная с 400...600 м) угловые размеры цели начинают оказывать влияние на размеры пятна рассеяния, которое до этого определялось, в основном, угловыми размерами сферической аберраций. Увеличение размеров пятна рассеяния приводит к увеличению длительности импульсов, что приводит, при принятом в СКЦ способе формирования из импульсного сигнала с ФП сигнала коррекции, к уменьшению крутизны зависимости амплитуды сигнала коррекции от ошибки рассогласования (ΔΕ). При этом может произойти срыв слежения за целью.
Принцип работы схемы ближней зоны заключается в следующем. Сигнал с ФПок поступает на вход усилителя с АРУ и на вход избирательного усилителя, параметры которого (резонансная частота, полоса пропускания) отличаются от параметров избирательного усилителя основного канала СКЦ. Выходной сигнал избирательного усилителя детектируется и фильтруется фильтром низких частот (ФНЧ). Сигнал с ФНЧ меняет уровень задержки цепи АРУ усилителя с АРУ. Сигнал усилителя с АРУ через фазовращатель, который компенсирует задержку сигнала в электронном блоке координатора, поступает на вход усилителя коррекции, который усиливает первую гармонику сигнала на частоте вращения ротора гироскопа и на вход схемы смещения УВК. Выбор коэффициента усиления усилителя с АРУ определяет величину ближней зоны, в которой схема работает с большой эффективностью.