Лекция №16 Радиосистемы и комплексы управления, реализующие трехточечные методы наведения (Лекция №16 "Радиосистемы и комплексы управления, реализующие трехточечные методы наведения")

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ТЕХНИКИ РАДИОСИСТЕМ И КОМПЛЕКСОВ УПРАВЛЕНИЯЛЕКЦИЯ №16 Радиосистемы и комплексы управления, реализующие трехточечные методы наведенияУчебные вопросы1. Методы наведения и алгоритмы траекторного управления ракет.2. Особенности построения систем и комплексов управления с использованием СКРУ.3. Методы наведения и алгоритмы траекторного управления самолетами при использовании СКРУ.4. Методы наведения самолётов по курсу.Литература1.Вейцель В.А.

Радиосистемы управления: учебник для вузов / В.А. Вейцель,А.С. Волковский, С.А. Волковский и др.; под ред. В.А. Вейцеля. – М.: Дрофа, 2005. – 416.с.:ил. – (Высшее образование: Радиотехнические системы).2.Авиационные системы радиоуправления: учебник для военных и гражданскихВУЗов и научно-исследовательских организаций. / Меркулов В.И., Чернов В.С., ГандуринВ.А., Дрогалин В.В., Савельев А.Н. Под ред. В.И.

Меркулова. – М.: Изд. ВВИА им. проф.Н.Е. Жуковского, 2008 – 423 с.3.Авиационные системы радиоуправления. Т3. Системы командногорадиоуправления. Автономные и комбинированные системы наведения. / Под ред.А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова. – М.: «Радиотехника», 2003. – 320 с.14.Ярлыков М.С., Богачев А.С., Меркулов В.И., Дрогалин В.В. Радиоэлектронныекомплексы навигации, прицеливания и управления оружием летательных аппаратов.Т.1.

Теоретические основы / Под ред. М.С. Ярлыкова. – М.: Радиотехника, 2012, - 504 с.:ил.5.Ярлыков М.С., Богачев А.С., Меркулов В.И., Дрогалин В.В. Радиоэлектронныекомплексы навигации, прицеливания и управления оружием летательных аппаратов.Т.2. Применение авиационных радиоэлектронных комплексов при решении боевых инавигационных задач / Под ред. М.С. Ярлыкова.

– М.: Радиотехника, 2012, - 504 с.: ил.6.Верба В.С. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения.Принципы построения, проблемы разработки и особенности функционирования.Монография. – М.: Радиотехника, 2014. – 528 с.: ил.7. Радиоуправление реактивными снарядами и космическими аппаратами / ГуткинЛ.С., Борисов Ю.П., Валуев А.А., Зиновьев А.Л., Лебедев С.В., Первачев Е.П., Полищук Е.П.,Пономарев Д.А.

– М.: «Сов. радио», 1968. – 680.8.Демидов В.П., Кутыев Н.Ш. Управление зенитными ракетами. – 2-е изд., перераб.и доп. – М.: Воениздат, 1989. – 335 с.: ил.9.Неупокоев Ф.К. Стрельба зенитными ракетами. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.:Воениздат, 1991. – 343 с.: ил.10. Радиоуправление реактивными снарядами и космическими аппаратами /Гуткин Л.С., Борисов Ю.П., Валуев А.А., Зиновьев А.Л., Лебедев С.В., Первачев Е.П.,Полищук Е.П., Пономарев Д.А. – М.: «Сов. радио», 1968.

– 680.21 Методы наведения и алгоритмы траекторного управления ракетСостав участников трехточечного процесса наведения:• пункт управления;• объект управления;• цель.Виды методов наведения:• методы прямого наведения – на неподвижные или малоподвижные наземныецели (УР «в−п», «п−п»);• методы наведения с упреждением - на высокоскоростные движущиеся объекты,скорость которых сравнима со скоростью полета ОУ (УР «з - в», «в - в»).31.1 Метод прямого наведения (метод совмещения, наложения или накрытия)Сущность:линиявизирования«самолет−ракета» должна все время совмещаться слинией «самолёт-цель» визирования цели.При идеальном наведении:εрв = εцв;εрг = εцг.(1)(2)Параметр рассогласования:∆в,г = εцв,г − εрв,г.Рисунок 1(3)При ручном и полуавтоматическом управлении функцию измерителя выполняет оператор.Реализация: на пункте управления в каждой плоскости необходимо иметь либо два угломера, измеряющих углы εцв и εрв (εцг и εрг), либо один угломер, измеряющий непосредственно угол ∆εв,г = ∆в,г = εцв,г − εрв,г.Линейный промах ∆в,г = Др sin(εцв,г − εрв,г) ≈ Др (εцв,г − εрв,г) будет возрастать по мереувеличения дальности Др до ракеты.41.2 Метод наведения по линейному промахуhв,г = ∆в,г = Др sin(εцв,г − εрв,г) ≈ Др (εцв,г − εрв,г).(4)Состав измерителей ИВС: угломеры εцв,г и εрв,г; входит и измеритель дальности Др доракеты.Измерение дальности до ракеты:• РЛС с активным ответом (ОУ имеет очень малую ЭПО);•программный ввод дальности Др (неподвижность/малоподвижность наземных целейдостаточная точность информации о скорости самолета и ракеты).Алгоритм траекторного управления при программном вводе Др:∆в,г = Дпр (εцв,г − εрв,г) , Дпр (Vр − Vс), Дпр(0) = 0,(5)где Vр и Vс − соответственно скорости ракеты и самолета−пункта управления, а t − времяполета ракеты.Особенность наведения при программном вводе Др:• повышение чувствительности ИВС к ошибкам наведения по мере приближения ракеты к цели;• возрастание ∆в,г по мере увеличения Др ≈ Дпр, что приводит к увеличению управляющих сигналов СУР, обусловливая улучшение способности ракеты реагировать наменьшие ошибки ∆εв,г.52 Особенности построения систем и комплексов управления с использованиемСКРУ2.1 Особенности СКРУ самолетовРисунок 1 - Взаимодействие самолета с пунктами управленияРисунок 2 - Функциональные связи СКРУ самолетом в ручном (сплошные линии),директорном и автоматическом режимах (пунктирные линии)6Области применения СКРУ:• для наведения самолетов;• ракет класса «в−п»;• ракет «в−в» с комбинированными системами управления и дистанционно пилотируемых ЛА;• для управления самолетами−мишенями и аэростатами.Система командного радиоуправления (СКРУ) – совокупность функционально связанных подсистем (устройств), предназначенных для наведения ОУ по командам, формируемым на пункте управления и передаваемым на борт управляемого объекта (УО) спомощью радиолинии.Задачи СКРУ реализуются на этапе дальнего наведения.Режимы управления пилотируемых ОУ в составе СКРУ: ручной, директорный иавтоматический.Особенности ИВС:• измерительно-вычислительная подсистема (ИВП) ПУ наземного или воздушного базирования;• командная радиолиния управления (КРУ);• бортовая измерительно-вычислительная подсистема (бортовая ИВП ОУ).7Состав и основные функции ИВП ПУ:• сеть РЛС различного назначения и диапазонов волн (получение информации о воздушно-целевой обстановке);•специальные центры/посты предварительной сбора, обработки и обобщенияинформации;•командный пункт (приятие решений, определение наряда сил и средств, постановка задач каждому пункту управления);•оператор ПУ (ввод информации об объектах в зоне своей ответственности в ЭВМ,выбор методов наведения, формирование для каждого объекта управления наборакоманд управления о требуемых значениях курса, высоты и скорости).Рисунок 3 – Структурная схема ИВП ПУ8Основные функции КРУ – формирование и передача информации (наборов командуправления):Виды информации КРУ самолетов:•информационно-справочная (ракурс наведения, дальность и т.д.);•исполнительная - вид маневра (горка, отворот вправо, влево, включить форсаж ит.д.).;•взаимодействия - при выходе из зоны ответственности от одного ПУ к другому (переприсвоение условных номеров, назначение каналов связи для КРУ).9Основные функции бортовой ИВП:•отображение информации от ПУ;•получение и отображение информации бортовых датчиков;•сравнение аналогичных фазовых координат, поступающих от ПУ и бортовых датчиков информации;•формирование параметров рассогласования ∆р для ручного управления курсом, высотой и скоростью самолёта, которые также индицируются в СОИ.Рисунок 4 - Структурная схема бортовой ИВП самолета10Состав бортовой ИВП самолета:• измеритель курса ψ;• датчик воздушной скорости (ДВС);• датчики высоты (ДВ) (барометрический и радиотехнический);• бортовой вычислитель;• индикатор.Особенности функционирования бортовой ИВП самолета:•измеритель ψ, ДВС и ДВ вырабатывают измеренные значения ψˆ , Ĥ и Vˆc ;•бортовой вычислитель формирует значения ∆ψˆ , ∆Ĥ и ∆Vˆ параметров рассогласования;•при ручном управлении самолетом ∆ψˆ , ∆Ĥ и ∆Vˆ выдаются на индикатор, при директорном или автоматическом ∆ψˆ , ∆Ĥ поступают в САУ.112.2 Особенности построения СКРУ ракетами2.2.1 СКРУ первого вида - датчики информации о цели и объекте управления располагаются на ПУ либо вне ПУ, но при условии пространственного разноса датчиков и объектовуправления.Рисунок 5 – СКРУ-1Достоинство: простота аппаратуры, установленной на ОУ.Аппаратура содержит приёмо-дешифрирующее устройство, а иногда и радиолокационный ответчик.Недостаток: невысокая точность наведения на больших дальностях.СКРУ первого вида применяются для дальнего наведения самолетов, некоторых типовракет «в−п», самолетов-мишеней.Применяются автоматические, полуавтоматические и неавтоматические ИВС.12Рисунок 6 - Обобщенная структурная схема автоматической ИВС СКРУ-1(пунктиром – внешние измерительные устройства)••Состав ИВС СКРУ-1:формирователь параметров рассогласования;устройство формирования команд (УФК) КУ (видеоимпульсы, цифровой код);•КРУ ( K̂У - модулиованный/манимулированный радиосигнал).Особенности формирователя параметров рассогласования по составу и размещению:• автоматические измерители параметров хц-хпу и хр-хпу движения цели и ракеты относительно пункта управления и вычислитель параметров рассогласования;• измерительные устройства вне ПУ (оценка параметров цели и ракеты, параметров ихсобственного движения - пунктиром);• расчет координат целей и ракет в прямоугольной СК с началом в заранее выбраннойточке или в СК ПУ.13Рисунок 7 - Обобщенная структурная схема полуавтоматической и неавтоматическойИВС СКРУ-1Состав полуавтоматической ИВС СКРУ-1: ИВП; оператор; УФК; КРУ.•Особенности полуавтоматической ИВС СКРУ-1:участие оператора, способствующего процессу измерения параметров хц-хпу цели, перемещающейся относительно пункта управления;•ˆ Д формируется в вычислителе и пооцененное значение параметра рассогласования ∆дается далее на УФК, а затем − в КРУ.Состав неавтоматической ИВС СКРУ-1: оператор; УФК; КРУ.Особенности неавтоматической ИВП ПУ СКРУ-1:•ˆ НА вырабатывает сам оператор,измеренное значение параметра рассогласования ∆наблюдая с помощью визирного устройства за положением цели и ракеты (пунктир).14•••2.2.2 СКРУ второго вида - первичные датчики информации располагаются на ОУ:в качестве датчиков первичной информации используются либо РЛС, либо телевизионная система;информация от датчиков транслируется по специальному каналу связи на ПУ, на котором формируются параметры рассогласования в плоскостях управления;команды, соответствующие параметрам рассогласования, по радиоканалу управленияпередаются в СУР.Рисунок 8 - СКРУ второго вида15СКРУ второго вида всегда неавтоматические (в противном случае более целесообразны системы самонаведения).Применение: используются для наведения УР «в−п», ПТУРС, ДПЛА и аэростатов.Достоинства: обеспечение достаточно высокой точности наведения (как правило, увеличивается по мере подлета к цели).Недостаток: наличие двух линий связи, для передачи информации с ракеты на ПУ и команд с ПУ на ракету, делает эти системы менее помехоустойчивыми по сравнению сСКРУ первого вида.Рисунок 9 - Обобщенная структурная схема неавтоматической ИВС СКРУ-216Особенности неавтоматической ИВС СКРУ-2:• измеритель параметров хц - хр относительного движения цели находится на ОУ;• результаты измерений транслируются посредством системы передачи данных на ПУ;• оператор, наблюдая за положением цели по экрану индикатора, оценивает параметррассогласования.173 Методы наведения и алгоритмы траекторного управления самолетами при использовании СКРУЭтап дальнего наведения самолетов: по курсу, высоте и скорости.Методы наведения по высоте определяют формирование требуемых значений высоты HТ для любого момента времени, обеспечивающих желаемый профиль полёта в вертикальной плоскости.Методы наведения по скорости обусловливают вычисление требуемых значений скорости VТ, гарантирующих выход самолета в район выполнения задачи к заданному времени.Методы наведения по курсу предопределяют формирование требуемых значений курса ψТ, обусловливающих желаемую траекторию наведения в горизонтальной плоскости.Особенности управления самолетами по высоте и скорости:• взаимная связь траектории в вертикальной плоскости с режимом полета:• режим полета определяет значение радиуса действия самолета по запасу топлива исреднюю скорость Vср;Реализация методов наведения осуществляется в ручном, директорном и автоматическом режимах.18Параметры рассогласования (алгоритмы траекторного управления) самолётом врежиме ручного управления:∆H = HТ - H;∆ψ =ψТ - ψ;∆V =VТ - V,где ψ, H и V − текущие значения курса, высоты и скорости.(6)(7)(8)Параметры рассогласования в директорном режиме:∆дг = К дг ( γ − γ Т ) ;(9)∆дв = К дв ( ny − nyТ ) ,(10)где γ Т и nyТ − требуемые значения крена и нормальной перегрузки;γ и ny − их фактические значения;Кдг и Кдв − коэффициенты пропорциональности.Параметры рассогласования в плоскостях бокового ∆аг и продольного ∆ав движения:∆аг = К аг ( γ − γ Т ) ;(11)∆ав = К ав ( ny − nyТ ) ,(12)где Каг и Кав − коэффициенты пропорциональности.19Требуемые значения γТ и nуТ формируются путем функциональных преобразований параметров рассогласованияγ т = fг ( ∆пнг ), nyт = fв ( ∆пнв ) ;(13)γ т = fг ( ∆нг ),nyт = fв ( ∆нв )(14)для метода прямого наведения и метода наведения в наивыгоднейшую упреждённую точку встречи (НУВТ).В процессе функциональных преобразований могут учитываться:• инерционные свойства САУ и самолета;• необходимость фильтрации (сглаживания) результатов преобразований в целяхуменьшения влияния случайных возмущений.204 Методы наведения самолётов по курсу4.1 Прямой метод (метод погони): совмещение продольной оси истребителя с направлением на цель (абсолютно идентичен прямому методу самонаведения).z − zc, (15)Требуемый курс: ψ T = arctg цxц − xcгде все координаты zц, zс и хц, хс формируются на основании измеренных в РЛСдальностей Дц, Дс и азимутов ϕц, ϕс цели исамолета по правилам:Рисунок 10zц = Дц sinϕц, xц = Дц cosϕц,zс = Дс sinϕс, xс=Дсcosϕс.(16)(17)Достоинства:• простота определения курса истребителя;• благоприятные условия применения обычного оружия.Недостатки:• сложность пилотирования истребителей в связи с постоянным изменением курса; икрена;• увеличенное время полета до встречи.214.2 Метод маневра (метод прямой с разворотом): обеспечивает вывод ОУ в зону обнаружения цели бортовой РЛС, ОЭС или оптическим прицелом под заданным углом ψк назаданном расстоянии.Исходные данные для расчета участковтраектории:• оценки дальности до цели и её азимута;• оценки дальности до истребителя и егоазимута;• допустимого радиуса разворота R;• диапазона углов ±ψк;• дальности рубежа захвата OскОцк ;Рисунок 11• суммарного времени, затрачиваемого навывод самолета в точку Oск.Участки траектории наведения:• отрезок прямой OсоА1;• дуга с радиусом R;• отрезок прямой А2Оск.22Достоинства:• хорошее сопряжение со всеми методами самонаведения и возможность использования как радиолокационных, так и оптико-электронных визирных систем;• позволяет вывести ОУ в заданное относительно цели положение и обеспечиваетнаибольшую эффективность применения оружия, а также обход опасных или запретных для полетов зон воздушного пространства.Недостатки:• большое время, затрачиваемое на выход самолета на рубеж захвата (непрямолинейность траектории);• большой расход топлива, сокращение времени непосредственного выполнения задания;• ограничения на ракурсы перехвата, обусловленные необходимостью вывода самолета в ЗПС;• сложность расчетов траектории и ее выполнения.234.3 Метод перехвата:• разновидность метода параллельного сближения (наводится не сам самолет, а некоторая фиктивная точка А, расположенная по вектору скорости Vс нарасстоянии Дз захвата цели бортовой визирной системой).• В процессе дальнего наведения прямая АОц перемещается параллельно самойсебе (прием обеспечивает нахождение самолета в точке Oск на рубеже захвата Дз в тотмомент, когда точка А «встретится» в упрежденной точке встречи Оут с целью).Условия: равномерное и прямолинейное движение цели и ОУ со скоростями Vц и Vс и курсовыми углами ψц и ψт соответственно.Три уравнения с тремя неизвестными ψТ, tн иДу:(zц–zс)sinψт + (хц–хс)cosψт = Ду–Vц tн cos(ψц–ψт);(18)– (zц–zс)cosψт + (хц–хс)sinψт = Vцtнsin(ψц–ψт);(19)Ду = Дз + Vс tн;(20)Рисунок 12Прямоугольные координаты:zц = Дц sinϕц;xц = Дц cosϕц.(21)24Реализация метода перехвата при наведении на встречных (догонных) курсах: Vцtн ( π − ψ ц )ДцДc• ψТ =,(22)ϕц −ϕc  +Дз + Vctн Дц Дз + VctнД − Дc − Д згде tн = ц.(23)Vц + Vc•Необходимо оценивать дальности и азимуты цели и истребителя, скорости Vц и Vси курсовой угол цели ψц, что требует достаточно длительного сопровождения цели.Достоинства:• высокая экономичность наведения, обусловленная наведением в упрежденную точку практически по прямолинейной траектории;• обеспечение заданного рубежа перехвата при любом ракурсе наведения.Недостатки:• невозможность сопряжения с прямыми методами самонаведения при перехвате цели в ППС;• зависимость ракурса атаки цели от исходного положения цели и истребителя и параметров их полета;• отсутствие фиксированного ракурса атаки в момент окончания дальнего наведения(делает затруднительным использование ОЭС, поскольку ее дальность захвата взначительной степени зависит от ракурса перехвата).25.