referat (Система наведения ракеты ФКР-1)

33

www.acsoft.tk

1. НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ НАВЕДЕНИЯ И РЕШАЕМЫЕ ЕЮ ЗАДАЧИ.

Система наведения ракеты ФКР-1 представляет собой комплекс технических средств, предназначенных для нанесения ударов управляемыми крылатыми ракетами по фронтовым наземным целям с заданными координатами. Задача наведения решается радиотехнической аппаратурой, которая включает в себя наземную станцию управления (станцию НН) и бортовое оборудование ракеты (станцию НБ).

Станция НН с помощью направленной антенны создает равносигнальную зону, ось которой совмещается с вертикальной плоскостью, проходящей через цель. Полет ракеты должен протекать в этой плоскости. Станция НБ измеряет отклонение ракеты от заданной плоскости и вырабатывает управляющее напряжение, которое через автомат воздействует на руль ракеты. Станция НБ используется также для определения текущей дальности между ракетой и местом ее запуска и для выработки специальных команд, передаваемых на автопилот и на боевую часть ракеты.

Наземные средства системы размещены в автомобилях ЗАЗ.

Направление полета ФКР-1 в горизонтальной плоскости определяется равносигнальной зоной, которая образуется наземной станцией управления. Заданная высота полета ракеты выдерживается независимо от работы радиоаппаратуры с помощью барометрических датчиков. Высота полета задается таким образом, чтобы на всем маршруте сохранялось прямая видимость между ракетой и передающей антенной наземной станции управления.

Траектория ракеты ФКР-1 в вертикальной плоскости изображена на фиг.1:

На первом этапе полета запуска ракета управляется автопилотом без участия радиоаппаратуры, работающей в режиме непрерывного приема. В течение этого времени ракета с помощью стартового двигателя набирает необходимую скорость и высоту и входит в радиолуч наземной станции управления. Через 25 сек. после старта, механизм времени станции НБ выдает команду для перевода ракеты на радиоуправление.

Основную часть пути к цели ракета летит по равносигнальной зоне наземной станции управления. При этом станция НБ выполняет следующие функции:

• принимает импульсные сигналы наземной станции управления, которые позволяют определить положение ракеты относительно равносигнальной зоны в горизонтальной плоскости. Кроме этого, эти сигналы используются для синхронизации работы наземной и бортовой аппаратуры;

• вырабатывает управляющее напряжение, пропорциональное отклонению ракеты от равносигнальной зоны. Полярность управляющего напряжения зависит от стороны отклонения ракеты. Это напряжение подается на автопилот ракеты;

• излучает ответные импульсные сигналы, по которым на станции НН производится измерение текущей дальности между ракетой и местом запуска.

Измерение дальности необходимо для определения момента передачи на ракету команды для перевода ее в пикирование. При достижении ракетой дистанции заданной до цели наземная станция излучает команду в виде двух серий закодированных импульсов для перевода ракеты в пикирование на цель. Эта команда разделяется на предварительную 2А, передаваемую первой серией импульсов, и исполнительную 2Б, которой соответствует вторая серия импульсов, передаваемая вслед за первой через определенный промежуток времени. Станция НБ принимает эту команду и передает ее на автопилот.

По истечении заданного времени после поступления команды 2Б механизм задержки станции НБ выдает команду 3 для подрыва боевой части ракеты. Подрыв может осуществляться в воздухе на заданной высоте от поверхности земли или при ударе о преграду. Команда 3 дублируется барометрическим датчиком высоты подрыва.

В случае, когда ракета, находясь на заданном курсе, пролетает над целью, но команда 2 с наземной станции почему-либо не принята, механизм станции НБ выдает команду 2В, по которой ракета также вводится в пикирование и выполняются все другие действия, предусмотренные командой 2Б. Время полета, по истечении которого вырабатывается команда 2В, устанавливается перед запуском ракеты.

При отклонение ракеты от заданного курса на значительный угол (более ±20°) также выполняются все операции, предусмотренные командой 2Б. Соответствующий сигнал формируется гироскопическим ограничителем курса.

Последовательность всех операций, выполняемых станцией НБ в полете, задается программным устройством станции (фиг. 2). В момент старта ракеты начинает работать механизм времени.

Последовательность работы механизма времени такова:

Через 25 сек. полета ракеты выдается команда 1. При этой команде управляющее напряжение, вырабатываемое станцией НБ, начинает подаваться в канал курса автопилота ракеты для корректировки ее полета.

Через 70 сек. после старта механизм времени переводит станцию из режима непрерывного приема в режим приема со стробированием. Стробирование заключается в том, что приемник станции НБ открывается только на время приема очередного импульсного сигнала наземной станции управления. В паузах между сигналами приемник закрыт. Этим повышается помехоустойчивость бортовой радиоаппаратуры управления. Непрерывный прием (без стробирования) в начале полета ракеты необходим для обеспечения ввода ракеты в равносигнальную зону наземной станции и перехода на радиоуправление.

Механизм времени осуществляет блокировку цепей приема команды 2Б на время, продолжительность которого может быть установлена заранее в пределах от 40 до 360 сек, считая от начала полета. Ракета не может быть введена в пикирование до тех пор, пока не будет снята эта блокировка.

Пикирование ракеты начинается сразу после приема команды 2Б. Одновременно прекращает работу ответчик станции НБ и запускается механизм задержки, которые по истечении заданного времени выдает команду 3. Время задержки команды 3 может устанавливаться заранее, в пределах от 0,2 до 22 сек.

Если команда 2 не была принята на ракете, то механизм времени через 160 сек. после разблокировки цепей приема команды 2 вырабатывает команду 2В.

2. ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ СТАНЦИИ НБ

Наземная станция управления НН, обладающая остронаправленной передающей антенной излучает импульсные радиосигналы. При этом диаграмма направленности приводится во вращении вокруг оси, смещенной относительно направления максимального излучения. В станции НН такое движение диаграммы направленности достигается за счет вращения зеркала параболической антенны. При вращении диаграммы линия, соответствующую направлению максимального излучения антенны будет описывать в пространстве коническую поверхность (фиг. 3 в).

За начальное принимается такое положение диаграммы направленности антенны, когда она отклонена вверх от оси вращения, Этому положению соответствует фаза движения диаграммы направленности Ωt=0°, где Ω - угловая скорость вращения. Когда диаграмма направленности антенны через пол-оборота окажется отклоненной вниз, фаза будет иметь значение Ωt=180°. Отклонением вправо и влево будет соответствовать значением фазы движения диаграммы направленности антенны Ωt=90° и Ωt=270°.

Уровень снижения станции НН, принимаемых в различных точках пространства, расположенных на оси вращения, не зависит от положения диаграммы направленности передающей антенны и не изменяется при ее вращении. Поэтому вдоль прямой ОО₁, т.е. вдоль оси вращения диаграммы направленности, образуется равносигнальная зона.

Если точка приема находится на линии ОO₁, то импульсные сигналы станции НН получают модуляцию по амплитуде с частотой вращения Ω. Для небольших значений угла ε, характеризующего положение точки приема относительно оси вращения ОО₁, глубина модуляции будет пропорциональна величине угла ε.

Направление отклонения точки приема от оси равносигнальной зоны связано с начальной фазой огибающей принимаемого сигнала. Если точка наблюдения находится выше оси ОО₁ (точка 1), сигнал достигает максимума при Ωt=0°, когда точка приема отклонена вправо (точка 2), максимум будет при Ωt=90° и т.д. (фиг. 3б)

Следовательно, принимаемый сигнал позволяет однозначно определить положение точки приема относительно оси равносигнальной зоны - глубина амплитудной модуляции импульсов связана с величиной отклонения точки приема от оси равносигнальной зоны, а фаза огибающей определяет сторону отклонения. Для измерения на ракете разности фаз станция управления должна передавать дополнительные сигналы, связанные с положением диаграммы направленности, - опорные сигналы.

Равносигнальную зону, образованную за счет вращения оси диаграммы направленности, можно использовать для управления ракетой в двух взаимно-перпендикулярных областях: по направлению (правее левее) и по высоте (выше ниже). Однако в рассматриваемой системе равносигнальная зона используется для управления ракетой только в горизонтальной плоскости, а управление по высоте выполняется автономной аппаратурой. Для того, чтобы ракета, совершающая полет на заданной высоте, не имела больших отклонений от оси равносигнальной зоны в вертикальной плоскости, в станции НН предусмотрено уменьшение угла наклона диаграммы направленности передающей антенны по отклонению к горизонту по мере увеличения расстояния до ракеты.

Бортовая радиоаппаратура управления полетом должна измерить отклонение ракеты от вертикальной плоскости, проходящей через цель в точку расположения антенны станции НН, и выдать соответствующее управляющее напряжение.

Для этого бортовая аппаратура включает в себя следующие элементы:

• Цепи приема сигнала. Назначение этих цепей состоит в том, чтобы принять радиосигналы станции управления и преобразовать их в виде импульса. При нахождении ракеты на оси равносигнальной зоны выходные импульсы цепей приема сигналов имеют постоянную амплитуду, при отклонении от равносигнальной зоны импульсы имеют амплитудную модуляцию (фиг. 4 г).

• Детектор огибающей видеоимпульсов (детектор напряжения ошибки). Детектор выделяет синусоидальное напряжение ошибки, амплитуда которого пропорциональна величине отклонения ракеты от оси равносигнальной зоны, а начальная фаза зависит от стороны отклонения (фиг. 4 б) ¹

• Фазовый детектор преобразует синусоидальное напряжение ошибки в управляющее напряжение постоянного тока, по величине пропорциональное отклонению ракеты от оси равносигнальной зоны, положительной или отрицательной полярности в зависимости от стороны отклонения (фиг. 4 г). Это напряжение после усиления подается на автопилот для управления движением ракеты в горизонтальной плоскости.

К фазовому детектору, кроме напряжения ошибки, подводится опорное напряжение, фаза которого с помощью опорных сигналов станции НН жестко связана с вращением диаграммы направленности передающей антенны станции управления (фиг. 4 в). Знак выходного напряжения фазового детектора определяется соотношением начальных фаз синусоидального напряжения ошибки и опорного напряжения.

Величина выходного напряжения фазового детектора U при определенном линейном отклонении ракеты от оси равносигнальной зоны r зависит от коэффициента К, равного отношению:

K=U/r

Чем больше этот коэффициент, тем больше напряжение выдается станцией НБ на автопилот при одном и том же отклонении r.

Линейное отклонение ракеты от равносигнальной зоны r связано с угловым отклонением ε следующей зависимостью (фиг. 5):

r=D sin ε

где D - дальность до ракеты от станции управления НН. Вследствие того, что угол ε мал, можно считать sin ε=ε и записать

r=D ε