СПОСОБ ПРЕДСТАРТОВОЙ ВЫСТАВКИ ВЫСОКОТОЧНЫХ РАКЕТ Российский патент 2000 года по МПК G01S5/00 F41G7/00 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при топогеодезической привязке и наведении высокоточных ракет (ВТР) по сигналам космических аппаратов (КА).

Известен способ прицеливания ВТР с командно-гироскопическим прибором (КГП), заключающийся в передаче на борт ВТР ориентирного направления местности через гирокомпас, прибор управления, основу которого составляет коллиматор, многогранную призму (зеркало), установленную на КГП [1,2]. При вполне приемлемой точности (до 15 угловых секунд) выставки КГП в плоскость пуска, техническая реализация способа не удовлетворяет современным требованиям подготовки и пуска ВТР по временным показателям из-за наличия гирокомпаса, работа с которым (в основном ручные операции) связана со значительными временными затратами. Особенно эта ситуация характерна для подготовки и пуска ВТР с неподготовленной в топогеодезическом отношении стартовой позиции. Так, например, для современных ВТР данное время составляет свыше 20 минут, что в условиях высокоманевренных боевых действий, когда время пребывания подвижных объектов противника на позиции не превышает 20 - 30 минут, явно неприемлемо.

Известен также способ определения координат местоположения объекта [3] с помешаю КА, находящихся на равномерно расположенных круговых орбитах определенным образом и излучающих сигналы, принимаемые и обрабатываемые комплексом наземной аппаратуры. Орбиты выбраны так, что в любой точке земного шара в разное время наблюдаются не менее 4-х КА, которые образуют систему навигационных КА (СНКА), что позволяет одновременно производить четыре измерения и с достаточной точностью (до 10 м) по определенному алгоритму определять координаты местоположения (в рассматриваемом случае - точки пуска (ТП) ВТР. При известных координатах цели, решением обратной геодезической задачи (ОГЗ), определяется угол азимутального ориентирования ВТР, для передачи которого на борт ракеты опять же необходим гирокомпас.

Целью изобретения является расширение возможностей способа определения координат местоположения с помощью СНКА для предстартовой выставки ВТР и сокращение времени подготовки и пуска ВТР.

Сущность изобретения заключается в использовании сигналов СНКА для точного определения местоположения ВТР, ее ориентации в пространстве и азимутальном наведении на цель.

Предлагается, что в состав системы управления ВТР входит бортовая радиолокационная станция (БРЛС) с фазированной антенной решеткой (ФАР), которая в последующем может быть использована при решении задач преодоления ВТР системы противоракетной обороны, радиокоррекции (перенацеливания) ВТР на траектории полета, распознавания и идентификации цели.

СНКА обеспечивает излучение непрерывных радиосигналов СВЧ-диапазона, которые образуют равномерно-распределенное навигационное поле. В зоне радиовидимости БРЛС при полностью развернутой СHKA одновременно могут находиться до 10-ти КА. Из числа видимых КА выбирается рабочее "созвездие" КА, в которое включается оптимальное по критерию минимума погрешностей количество КА - 4.

В качестве измеряемых в БРЛС радионавигационных параметров (РНП) используется время прихода радиосигналов (PC) и допплеровский сдвиг частоты. Данным РНП соответствуют дальность между КА и ВТР, а также радиальная скорость их относительного движения. В случае несинхронизированности опорных генераторов частот КА и БРЛС измерение указанных параметров позволяет определить так называемые квазидальность и радиальную квазискорость (дальность, радиальную скорость и соответствующие неизвестные величины, обусловленные расхождением фаз или частот опорных генераторов).

Время прохода сигналов определяется по времени БРЛС и зависит от момента излучения сигнала КА относительно шкалы времени СНКА, а также взаимного сдвига времени БРЛС и СНКА и задержки распространения сигналов. Измерение времени прихода сигналов с i-го КА эквивалентно измерению квазидальности R_КВi , которая может быть представлена в следующем виде:
R_квi= R_oi+c•Δt_Ai+c(Δt_каi-Δt_п), (1)
где R _оi - истинная наклонная дальность от БРЛС до i-го КА;
c - скорость распространения радиомагнитных волн;
Δt_Ai - приращение задержки времени за счет влияния атмосферы (тропосферы и ионосферы);
Δt_п - расхождение шкалы времени БРЛС относительно шкалы времени СНКА;
Δt_кai - расхождение шкалы времени i-го КА относительно шкалы времени СНКА.

Истинная наклонная дальность от БРЛС до i-го КА определяется их взаимным расположением в пространстве:

где X _каi , Y_каi , Z _каi - координаты i-го КА в геоцентрической прямоугольной системе координат (см. фиг. 1);
X_п, Y_п, Z_п - координаты БРЛС в той же системе отсчета.

Координаты X _каi , Y_каi, Z_каi расхождение шкалы времени i-го КА относительно шкалы времени СНКА ( Δt_каi ) и приращение задержки времени за счет влияния атмосферы Δt_Ai передаются с борта КА.

Из выражений (1) и (2) следует, что измеренное значение квазидальности (R _КВi ) является функцией четырех неизвестных - X_п, Y_п, Z_п и Δt_п .

Измерения квазидальности по сигналам 4-х КА позволяют составить систему из четырех уравнений вида (1) относительно указанных четырех неизвестных и решить навигационно-временную задачу, в результате которой рассчитываются координаты БРЛС. Решив ОГЗ, по определенным координатам ТП и известным координатам цели можно вычислить дирекционный угол цели α_ц (см. фиг. 2).

При обработке РС каждого КА БРЛС автоматически отслеживает угловое положение работающих излучателей ФАР относительно КА, ориентируясь таким образом в пространстве.

Дирекционный угол КА α_i , представляющий собой горизонтальный угол между геометрической осью группы работающих излучателей и направлением на север, определяется решением ОГЗ по известным координатам точки пуска и КА.

В соответствии с фиг. 2 угол прицеливания a_пр, представляющий горизонтальный угол между геометрическим центром ФАР и направлением на цель, определяется из выражения:
α_прi= α_ц+β_измi-α_i, (3)
где α_ц - дирекционный угол цели;
β_измi - горизонтальный угол между осью работающих излучателей и геометрическим центром ФАР;
α_i - дирекционный угол КА, от которого производится прием радионавигационных параметров.

Повышение точности определения угла прицеливания a_пр достигается статистической обработкой результатов измерений по всему "созвездию" КА, после чего осуществляется разворот ВТР в плоскость пуска с последующим стартом.

Предлагаемый способ предстартовой выставки ВТР позволяет:
осуществлять топогеодезическую привязку, что позволяет отказаться от системы топопривязки и навигации, размещенной в пусковой установке;
проводить прицеливание ВТР по азимуту принципиально в пределах от 0^o до 360^o, что в свою очередь дает возможность не задавать ПУ определенного положения относительно цели (основного направления пуска) и не требует использования гирокомпаса;
полностью или в большей степени автоматизировать предстартовые операции с ВТР и ее пуск;
с использованием современной элементной базы сравнительно легко реализовать его технически;
сократить время подготовки ВТР к пуску (экспресс-оценка временных затрат показывает, что оно может быть равно 5 минутам, соответствуя современным требованиям ведения высокоманевренных боевых действий).

Список использованных источников
1. Липтон А. Выставка инерциальных систем на подвижном основании. Пер. с англ. - М.: Наука, 1971. - 130 с.

2. Фролов B.C. Инерциальное управление ракетами. - М.: Воениздат, 1975. - 240 с.

3. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / Под ред. В.С.Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993. - 408 с.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при топогеофизической привязке и наведении высокоточных ракет по сигналам космических аппаратов. Техническим результатом является расширение возможностей определения координат местоположения для предстартовой выставки высокоточных ракет и сокращение времени подготовки и пуска высокоточных ракет. Технический результат достигается за счет того, что после определения координат точки пуска ракеты путем обработки информации, получаемой по радионавигационным каналам системы навигационных космических аппаратов, и решения навигационно-временной задачи производят угловую ориентацию ракеты в пространстве путем расчета угла прицеливания и его составляющих. 2 ил.

Способ предстартовой выставки высокоточных ракет (ВТР), заключающийся в определении координат точки пуска ракет путем обработки информации, получаемой по радионавигационным каналам системы навигационных космических аппаратов (СНКА), и решения навигационно-временной задачи
R_квi= R_oi+c•Δt_pi+c(Δt_n-Δt_kai),
где R_квi - квазидальность;
R_oi - истинная наклонная дальность от бортовой радиолокационной станции (БРЛС) с фазированной антенной решеткой (ФАР) до i-го КА;
с - скорость распространения радиомагнитных волн;
Δt_pi - приращение задержки времени за счет влияния атмосферы (тропосферы и ионосферы);
Δt_n - расхождение шкалы времени БРЛС относительно шкалы времени СНКА;
Δt_кai - расхождение шкалы времени i-го КА относительно шкалы времени СНКА;

где X_каi, Y_каi, Z_каi - координаты i-го в КА в прямоугольной системе координат;
X_n, Y_n, Z_n - координаты БРЛС в той же системе отсчета,
отличающийся тем, что при помощи БРЛС с ФАР производят угловую ориентацию ракеты в пространстве путем расчета угла прицеливания (α_прi) и его составляющих
α_прi= α_ц+β_измi-α_i,
где α_ц - дирекционный угол цели, определяемый решением обратной геодезической задачи (ОГЗ) по известным координатам точки пуска и цели;
β_измi - горизонтальный угол между осью работающих излучателей и геометрическим центром ФАР;
α_i - дирекционный угол КА, от которого производится прием радионавигационных параметров и определяемый решением ОГЗ по известным координатам точки пуска и КА.