Система наведения ракеты ФКР-1 - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
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:
[pic]
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.
[pic]
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).
[pic]
За начальное принимается такое положение диаграммы направленности
антенны, когда она отклонена вверх от оси вращения, Этому положению
соответствует фаза движения диаграммы направленности ?t=0°, где ? - угловая
скорость вращения. Когда диаграмма направленности антенны через пол-оборота
окажется отклоненной вниз, фаза будет иметь значение ?t=180°. Отклонением
вправо и влево будет соответствовать значением фазы движения диаграммы
направленности антенны ?t=90° и ?t=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 ?. Для небольших
значений угла ?, характеризующего положение точки приема относительно оси
вращения ОО1, глубина модуляции будет пропорциональна величине угла ?.
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 ?t=0°,
когда точка приема отклонена вправо (точка 2), максимум будет при ?t=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.
[pic]
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 ? следующей зависимостью (фиг. 5):
r=D sin ?
где D - дальность до ракеты от станции управления НН. Вследствие того,
что угол ? мал, можно считать sin ?=? и записать
r=D ?
[pic]
Для того, чтобы сделать коэффициент передачи независимым от дальности
D, в цепь включают специальное устройство-потенциометр дальности.
С помощью потенциометра дальности, амплитуда синусоидального напряжения
ошибки, определяемой углом ?, увеличивается пропорционально линейному
отклонению ракеты от оси равносигнальной зоны r. Это преобразование
напряжения ошибки приводит к тому, что чувствительность аппаратуры
управления к линейным отклонениям, становится одинаковой при нахождении
ракеты в любой точке траектории, т.е. условия управления оказываются
независимыми от дальности.
Для управления полетом ракеты наземная станция управления НН излучает
сигналы в виде кодовых импульсных групп, имеющих частоту повторения Н Гц.
Основная кодовая группа состоит из двух импульсов длительностью по 0.5.
мксек с интервалом между ними в 2 мксек (фиг. 6). Эта группа импульсов
называется ниже основной кодовой парой.
[pic]
В момент времени, когда антенный луч станции НН при своем движении
проходит положения, соответствующие фазе ?t=90° и ?t=270° (см. фиг. 3), к
основной кодовой паре добавляется третий импульс длительностью 0.5 мксек.
Интервал между первым и третьим импульсами кодовой группы при крайнем
правом положении антенного луча (?t=90°) равен 5.5 мксек. При прохождении
лучом крайнего левого положения (?t=270°) излучение третьего импульса
задерживается на 7 мксек. относительно первого. Эти две посылки, состоящие
из основной кодовой пары и дополнительного импульса, представляют собой
опорные сигналы, с помощью которой на борту ракеты вырабатывается опорное
напряжение.
Для передачи на ракету команды 2 станция НН излучает сигналы в виде
трехимпульсных кодовых групп с частотой повторения Н Гц. Длительность
каждого импульса сигнала команды 2 равна 0.5 мксек, а интервалы между
импульсами зависят от номера установленного кода.
Предварительная команда 2А и исполнительная команда 2Б передаются с
помощью двух серий импульсов по 20 трех импульсных кодовых групп в каждой.
Серия импульсов, соответствующая команде 2Б. Передается через 80 периодов
частоты Н Гц после окончания передачи команды 2А (фиг. 7).
[pic]
Принятые на борту ракеты сигналы используются станцией НБ в
соответствии с функциями выполняемыми отдельными каналами станции.
Элементы, составляющие эти каналы, конструктивно расположены в блоках,
имеющих условные наименования НБ-1, НБ-2, ... НБ-9.
3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА СТАНЦИИ НБ.
Функциональная схема станции НБ приведена на рис. 8. Она включает в
себя следующие каналы:
1. приема сигналов;
2. управления;
3. синхронизации;
4. формирования стробирующих импульсов;
5. передачи ответных сигналов;
6. формирования команды 2;
7. программное устройство.
3.1. Канал приема сигналов
Канал приема сигналов представляет собой приемное устройство
супергетеродинного типа, предназначенное для приема радиосигналов станции
НН и для преобразования их в виде импульсов. В состав канала входят:
. приемо-передающая антенна.
(Конструктивно оформлена в виде отдельного блока НБ-1)
. преселектор-смеситель, гетеродин, схема стабилизации частоты
клистрона (СЧК) и предварительный усилитель промежуточной частоты
(блок НБ-2).
. основной усилитель промежуточной частоты (УПЧ), демодулятор, схема
автоматической регулировки усиления (АРУ), схема контроля СЧК и два
видеотракта (блок НБ-3).
Принятые антенной радиосигналы преобразуются по частоте, усиливаются и
подаются с выхода УПЧ:
. в цепь первого видеотракта, обеспечивающего работу канала
управления. В этом видеотракте осуществляется детектирование
импульсов промежуточной частоты и усиление видеотракта. Усилитель
первого видеотракта имеет автоматическую регулировку усиления.
Сигнал на выходе видеотракта представляет собой группы импульсов,
модулированных по амплитуде с частотой вращения диаграммы
направленности передающей антенны Т гц. Эти видеоимпульсы подаются в
канал управления;
. в цепь второго видеотракта, обеспечивающего работу канала
синхронизации и канала формирования команды 2. Сигнал на выходе
видеотракта представляет собой кодовые группы видеоимпульсов с
постоянной амплитудой. Амплитудная модуляция импульсов значительно
ослабляется с помощью демодуляторов. Видеоимпульсы с выхода тракта
подаются в канал синхронизации и в канал формирования команды 2;
. в цепь схемы контроля СЧК. Схема контроля СЧК состоит из отдельного
каскада усиления промежуточной частоты, частотного детектора и видео
усилителя. При изменении частоты клистрона изменяется промежуточная
частота канала. В зависимости от этого частотный детектор выдает
видеоимпульс, амплитуда и полярность которых характеризуют величину
и сторону ухода промежуточной частоты от номинального значения.
Видеоимпульсы после усиления просматриваются на экране осциллографа.
[pic]
3.2. Канал управления
Канал управления предназначен для выделения управляющего напряжения из
видеоимпульсов, выдаваемых каналом приема сигналов.
Входные элементы канала:
. детектор напряжения ошибки
. усилитель
(расположены в блоке НБ-3)
В них происходит детектирование видеоимпульсов для выделения их
огибающей и усиление полученного синусоидального напряжения сигнала ошибок.
Детектор напряжения сигнала ошибки выполняет также функции детектора АРУ
сигнала ошибки. Все остальные элементы канала размещены в блоке НБ-3.
Фазирующая схема.
Включена после усилителя напряжения сигнала ошибки. Осуществляет сдвиг
напряжения сигнала ошибки по фазе на 90°, а также компенсацию паразитных
фазовых сдвигов, которые испытывают напряжение сигнала ошибки при
прохождении по цепи сигнала НБ.
Сдвиг напряжения сигнала ошибки на 90° необходим в связи с тем, что
опорное напряжение в станции НБ синхронизируется импульсами станции НН,
которое излучаются при прохождении диаграммой направленности передающей
антенны крайнего правого (?t=90°) и крайнего левого (?t=2700) положений.
Поэтому при отклонении ракеты вправо или влево от равносигнальной зоны
огибающая видеоимпульсов на выходе приемника будет отличаться по фазе от
опорного напряжения на ±90°, и управляющее напряжение на выходе фазового
детектора формироваться не будет.
Софазность или противофазность опорного напряжения и синусоидального
напряжения сигнала ошибки для управления ракетой по курсу достигается в
станции НБ за счет изменения фазы напряжения сигнала ошибки на 90°
фазирующей схемой.
Потенциометр дальности.
Служит для увеличения коэффициента усиления канала пропорционального
расстоянию, пройденному ракетой. Благодаря этому напряжение сигнала ошибки,
выдаваемое станцией НБ, оказывается пропорциональным линейному отклонению
ракеты от вертикальной плоскости, проходящей через цель и антенну станции
НН.
С потенциометра дальности напряжение сигнала ошибки поступает на
селективный усилитель, где благодаря узкой полосе пропускания, подавляются
высшие гармоники частоты Т Гц.
Дальнейшее усиление напряжения сигнала ошибки производится усилителем-
ограничителем и парафазным усилителем. Ограничитель введен в схему канала
во избежание перегрузки последующих каскадов. Он осуществляет двухстороннее
симметричное ограничение напряжения сигнала ошибки, если его амплитуда
превысит определенный уровень.
Фазовый детектор.
Предназначен для формирования управляющего напряжения постоянного тока.
К фазовому детектору подводится синусоидальное напряжение сигнала ошибки и
опорное напряжение, представляющее собой напряжение прямоугольной формы,
фаза которого жестко связана с положением диаграммы направленности антенны
станции НН и не зависит от положения ракеты относительно равносигнальной
зоны. Опорное напряжение выдается генератором опорного напряжения,
синхронизируемого опорными сигналами станции НН.
На выходе фазового детектора после фильтра выделяется управляющее
напряжение постоянного тока, величина и полярность которого характеризует
величину и сторону отклонения ракеты от оси равносигнальной зоны. Это
напряжения после усиления подается в канал курса автопилота для управления
ракетой.
3.3 Канал синхронизации.
Канал синхронизации объединяет в себе ряд схем, предназначенных для
формирования синхронизирующих импульсов, с помощью которых достигается
согласование работы отдельных узлов станции во времени. Все элементы канала
размещены в блоке НБ-5.
В состав канала синхронизации входят:
. дешифратор основной кодовой пары. Эта схема преобразует основную
кодовую пару в одиночный импульс, который используется для
формирования всех синхронизирующих импульсов;
. каскад формирования импульса синхронизации генератора стробирующих
импульсов. Синхронизирующие импульсы, вырабатываемые каскадом,
используются для ограничения длительности стробирующих импульсов при
приеме сигналов станции НН;
. схема формирования импульса запуска ответчика. Схема выдает
синхронизирующий импульс, который запускает ответчик после приема
каждой кодовой группы импульсов сигнала станции НН;
. каскад формирования импульса-подавителя. Импульс-подавитель
создается для запирания усилителя промежуточной частоты канала
приема сигналов на время излучения станцией НБ ответного импульса.
3.4. Канал формирования стробирующих импульсов.
Канал формирования стробирующих импульсов вырабатывает стробирующие
импульсы, которые осуществляют временную селекцию принимаемых сигналов
станции НН.
В состав канала входят:
. схема формирования стробирующих импульсов (блок НБ-4).
. схема памяти (блок НБ-4).
. усилитель стробирующих импульсов и реле (блок НБ-3).
Принцип работы канала состоит в следующем. Если сигналы станции НН не
принимаются, то в канале формируется широкий стробирующий импульс, который
периодически открывает усилитель промежуточной частоты канала приема
сигналов на время 100 мксек. Частота повторения широких стробирующих
импульсов несколько отличается от частоты повторения сигнала Н гц, что
обеспечивает поиск сигнала. При совпадении во времени стробирующего
импульса с кодовой группой сигнала последняя будет принята станцией НБ.
Из принятого сигнала в канале синхронизации вырабатывается
синхронизирующий импульс, который сокращает длительность стробирующего
импульса. Приемник переходит на стробирование узкими импульсами. Частота
повторения узких стробирующих импульсов точно равна частоте повторения
кодовых групп сигнала, а его длительность несколько превосходит
длительность трехимпульсной кодовой посылки станции НН. В следствии этого,
усилитель промежуточной частоты канала приема открывается только на время
прихода очередной группы сигнала.
Для того, чтобы при кратковременном пропадании сигнала станции НН канал
не переходил в режим поиска (т.е. в режим стробирования приемника широким
импульсом), в канал введена схема памяти, которая при отсутствии сигнала
выдает импульсы имитирующие импульсы сигнала. Схема памяти управляется
импульсами, которые формируются в канале синхронизации.
Схема памяти допускает пропадание не более 15 кодовых групп сигнала.
Если не будет принято большее количество групп, то канал формирования
стробирующих импульсов переходит в режим поиска.
3.5. Канал передачи ответных сигналов.
Канал передачи ответных сигналов предназначен для формирования и
излучения ответных сигналов.
Канал включает:
. подмодулятор.
. модулятор.
. генератор (расположены в блоке НБ-6)
. приемо-передающую антенну (блок НБ-1).
Канал запускается импульсом, который формируется в канале
синхронизации, и излучает одиночные импульсы после приема основной кодовой
пары или после приема первых двух импульсов кодовой группы сигнала команды
2. Импульс ответчика задержан относительно первого импульса основной
кодовой пары на 10 мксек.
3.6. Канал формирования команды 2.
Канал формирования команды 2 предназначен для дешифрирования сигнала и
формирования команды 2.
В состав канала входят:
. дешифратор команды 2.
. накопитель импульсов.
. схема формирования команды 2.
(Все элементы канала размещены в блоке НБ-5)
В результате дешифрирования командного сигнала из каждой трехимпульсной
посылки формируется одиночный импульс. Одиночные импульсы интегрируются
накопителем импульсов, в результате чего выдача команды 2 начинается только
со II-го раскодированного импульса поступающей серии. Этим устраняется
возможность выдачи команды 2 от воздействия случайных импульсных помех.
Формирование предварительной команды 2А и исполнительной команды 2Б
происходит по одному и тому же принципу.
|
