ЗЕНИТНАЯ ПУШЕЧНО-РАКЕТНАЯ БОЕВАЯ МАШИНА Российский патент 2002 года по МПК F41H7/00 F41G3/22 

Изобретение относится к области вооружения и может быть использовано в войсках противовоздушной обороны.

Известно, что средства воздушного нападения (СВН) постоянно претерпевают изменения в характеристиках, составе и тактике применения. Самолеты и вертолеты оснащаются новыми навигационными системами, позволяющими наносить удары с воздуха на малых высотах, днем и ночью, при любых метеоусловиях под прикрытием высокоточного оружия типа крылатых ракет, противолокационных ракет, управляемых бомб. Это в свою очередь для борьбы с СВН требует от боевых машин (БМ) зенитных комплексов повышенной эффективности.

Известны зарубежные пушечные комплексы типа "Гепард" (Германия), а также ракетные комплексы типа "Роланд" (Германия, Франция) с радиолокационными и оптическими каналами сопровождения цели (1). Основным недостатком этих комплексов является то, что они имеют только один вид вооружения, а этого недостаточно для эффективной борьбы с массированными налетами СВН, а формирование смешанных (пушечных и ракетных) батарей очень дорого. Известен также отечественный комплекс "Тунгуска" (2). В комплексе "Тунгуска" реализована идея объединения двух видов вооружения: ракетного и пушечного в одной ВМ. Основным недостатком комплекса "Тунгуска" и его модификаций (3), находящихся на вооружении Российской Армии, является низкая помехозащищенность.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является БМ комплекса "Тунгуска М1-1"(4), содержащая самоходное шасси, башенную установку (БУ) с пушечным и ракетным вооружением с оптическим и радиолокационным ответчиком миллиметрового (мм) диапазона волн, привода вооружения, радиолокационную станцию (РЛС) обнаружения целей (СОЦ), РЛС сопровождения целей сантиметрового (см) диапазона волн с антенной колонкой (АК) и общей основной антенной, оптический прицел с аппаратурой выделения координат зенитной управляемой ракеты (ЗУР) с приводами наведения и стабилизации и цифровую вычислительную систему (ЦВС).

Недостатком БМ комплекса "Тунгуска М1-1" является невозможность сопровождения низколетящих (10-5 м) целей и недостаточная помехозащищенность радиолокационного канала сопровождения целей.

Задачей предлагаемого изобретения является создание БМ, которая обеспечит сопровождение низколетящих целей и достаточную помехозащищенность радиолокационного канала, что значительно повысит боевую эффективность БМ.

Поставленная задача достигается тем, что в БМ, содержащую башенную установку с пушечным и ракетным вооружением с оптическим и радиолокационным ответчиком мм-диапазона, установленными на ЗУР, РЛС обнаружения целей, РЛС сопровождения целей см-диапазона волн с задающим генератором и передатчиком, с антенной колонкой (АК) с приводами наведения и стабилизации, с общей основной антенной, оптико-электронную аппаратуру визирования ЗУР и цифровую вычислительную систему, введен радиолокационный канал сопровождения цели и ввода ЗУР мм-диапазона волн, состоящего из двухдиапазонного (см+мм) облучателя основной антенны, антенны ввода ЗУР (АВР), задающего генератора, передатчика и сверхвысокочастотных (СВЧ) приемников основной антенны и АВР, приемника промежуточной частоты, блока предварительной обработки сигналов, синхронизатора и цифровой вычислительной машины (ЦВМ), при этом выход передатчика подключен к мм-элементам двухдиапазонного облучателя, а вход - к первому выходу задающего генератора, второй выход которого соединен с вторым входом СВЧ-приемника основной антенны, а первый вход - с синхронизатором, второй вход - с первым выходом задающего генератора см-диапазона волн, второй выход которого соединен с вторым входом приемника промежуточной частоты; выходы основной антенны и выход АВР подключены к первым входам СВЧ-приемника основной антенны и к входу приемника АВР, выходы которых и выходы СВЧ-приемника см-диапазона соединены с первыми входами приемника промежуточной частоты, выходы которого подключены к первым входам блока предварительной обработки сигналов, выход которого шиной цифрового параллельного интерфейса соединен с входом цифровой вычислительной машины, которая шиной параллельного интерфейса подключена к блокам синхронизатора, выход которого шиной цифрового параллельного интерфейса подключен к второму входу блока предварительной обработки сигналов, а шиной цифрового последовательного интерфейса - к цифровой вычислительной машине и к цифровой вычислительной системе БМ, и тем, что синхронизатор выполнен в виде двух блоков: один из которых совместно с задающими генераторами, передатчиками, СВЧ-приемниками обоих (см и мм) диапазонов волн, приемником промежуточной частоты размещен в антенной колонке, а другой совместно с блоком предварительной обработки сигналов, цифровой вычислительной машиной - в башенной установке.

Размещение в АК задающего генератора и передатчика см-диапазона волн позволяет резко сократить объем аппаратуры в БУ, исключить вращающиеся СВЧ-переходы и значительно сократить количество проводов между БУ и АК.

Введенный радиолокационный канал сопровождения целей и ввода ЗУР мм-диапазона волн вместе с радиолокационным каналом сопровождения цели см-диапазона волн образуют двухдиапазонную (см+мм) радиолокационную станцию сопровождения целей и визирования ЗУР (ССЦР).

На фиг. (на 3-х листах) приведена структурная схема ССЦР.

ССЦР представляет собой двухканальную импульсно-доплеровскую РЛС сопровождения цели и ЗУР, использующую моноимпульсный метод пеленгации и работающую в см и мм диапазонах волн. ССЦР содержит: двухдиапазонный облучатель 1 основной антенны 2, антенну ввода ЗУР 3, раздельные для обоих диапазонов: сверхвысокочастотные тракты 4, 5, задающие генераторы 6, 7, передатчики 8, 9, СВЧ-приемники 10, 11 и общие: приемник промежуточной частоты 12, блок предварительной обработки сигналов 13, синхронизатор 14 и цифровую вычислительную машину 15.

Основная антенна 2 предназначена для излучения и приема сигналов в см- и мм-диапазонах волн, а также приема сигналов радиолокационного ответчика ЗУР мм-диапазона и представляет собой двухзеркальную антенную систему со спадающим к краям апертуры амплитудным распределением, с двухдиапазонным (см+мм) моноимпульсным облучателем 1, размещенным в центре зеркала (рефлекторе) и с осуществлением режима круговой поляризации путем разложения на ортогональные компоненты поля облучения на переднем поляризационном зеркале (контррефлекторе). Для увеличения коэффициента использования апертуры базовая оптическая система берется в виде развернутой гиперболической образующей и смещенной с оси симметрии параболической образующей, что исключает попадание отраженных от контррефлектора лучей в облучатель. Основная антенна 2 формирует диаграмму направленности (ДНА) как в см-, так и в мм-диапазонах волн. Такая конструкция антенны практически исключает ошибки юстировки радиолокационных каналов и ошибки измерения координат цели в пределах ширины пеленгационной характеристики.

Применение двухдиапазонного облучателя 1 основной антенны 2 позволяет упростить волноводный тракт, разместить СВЧ-приемники ближе к облучателям, сократить длину волноводов и, следовательно, потери в них.

Антенна ввода ЗУР 3, представляет собой одноканальную приемную фазированную решетку мм-диапазона волн, обеспечивающую (по сигналам ЦВС 16 БМ) формирование широкой (10^o) или узкой (3^o) суммарной ДНА и управление ее положения в пространстве. Одноканальное построение АВР 3 позволяет упростить приемный СВЧ-тракт и применить отдельный одноканальный СВЧ-приемник 17.

СВЧ-тракты 4, 5 представляют собой набор необходимых коммутаторов, циркуляторов, защитных устройств СВЧ-приемников, соединительных волноводов для основной антенны и АВР.

Работа передающих и приемных каналов ССЦР производится последовательно по времени.

Каждый из передатчиков 8, 9 представляет собой усилитель мощности на лампе бегущей волны, выходы которых посредством волноводов подключены к соответствующим элементам двухдиапазонного облучателя 1. Задающие генераторы 6, 7 имеют общий опорный генератор, размещенный в задающем генераторе 7 см-диапазона волн, сигнал которого используется блоками синхронизатора 14 и приемником промежуточной частоты 12. Импульсная мощность передатчика 9 см-диапазона выбирается исходя из обеспечения дальности захвата цели и обеспечения необходимой плотности потока мощности на максимальной дальности полета ЗУР. Передатчик 9 формирует на выходе зондирующие импульсы и импульсы команд управления ЗУР.

Приемное устройство включает в себя два трехканальных СВЧ-приемника 10, 11 с двойным преобразованием частоты в см-диапазоне и тройным преобразованием частоты в мм-диапазоне. Сигналы гетеродина для см-преобразователя формируются из субгармоник сигнала задающего генератора 7, а сигналы гетеродина для мм-преобразователя - из субгармоник сигнала задающего генератора 6. Такое формирование сигналов гетеродинов позволило исключить волноводы, по которым в СВЧ-приемники поступали сигналы гетеродинов.

Суммарные (Σ) и разностные азимутальный (Δβ) и угломестный (Δε) сигналы с соответствующих элементов двухдиапазонного облучателя 1 основной антенны через СВЧ-тракты подключены посредством волноводов к соответствующим входам СВЧ-приемников 10, 11, где они усиливаются, преобразовываются и затем поступают на входы приемника промежуточной частоты (ПЧ) 12.

ПЧ производит усиление сигналов по промежуточной частоте, регулирует коэффициенты передачи, реализует усиление сигналов в зависимости от дальности, а также обеспечивает коммутацию сигналов, принимаемых основной антенной (ОА) 2 и АВР3. Коммутация осуществляется по командам из синхронизатора 14. ПЧ подключается либо к трехканальному выходу СВЧ-приемников 10, 11 ОА2, либо к одноканальному выходу СВЧ-приемника 17 АВР3. Это повысило развязку между каналами и снизило потери СВЧ-сигналов.

Таким образом, один ПЧ-приемник обеспечивает обработку суммарного и двух разностных сигналов, принимаемых от цели и суммарного сигнала от ЗУР. Выход ПЧ подключен к входу блока предварительной обработки сигналов (БПОС) 13.

В блоке предварительной обработки сигналов производится усиление и фильтрация сигналов на промежуточной частоте, их детектирование и аналого-цифровое преобразование. В БПОС 13 применены перепрограммируемые элементы, позволяющие дополнять и изменять возможности приемного канала при необходимости его доработки. Выход БПОС 13 шиной цифрового параллельного интерфейса подключен к цифровой вычислительной машине 15. Задание режимов и параметров блока предварительной обработки сигналов производится по шине цифрового параллельного интерфейса от ЦВМ 15.

ЦВМ 15 представляет собой комбинированный цифровой прибор, предназначенный в качестве процессора обработки сигналов и процессора данных. ЦВМ 15 состоит из двухфункциональных устройств, имеющих общий канал обмена данными: программированного процессора сигналов (ППС) и специализированной вычислительной машины (СЦВМ). ППС предназначен для решения задач, связанных с первичной обработкой радиолокационного сигнала, а СЦВМ - для решения задач управления блоками ССЦР, анализа и цифровой обработки информации, поступающей от ППС, измерения координат цели, а также для взаимодействия с системами БМ по шине цифрового последовательного интерфейса. Наличие большой оперативной и постоянной памяти в ЦВМ позволяет решить задачи диагностирования и технического обслуживания с использованием технической документации на магнитных носителях. ЦВМ связана шиной параллельного интерфейса с синхронизатором 14.

Отличительной особенностью ССЦР является то, что синхронизатор 14 выполнен в виде двух блоков: один размещен в антенной колонке 18 совместно с СВЧ-трактами 4, 5, задающими генераторами 6, 7, передатчиками 8, 9, приемниками 10, 11, 17, приемником промежуточной частоты 12, а другой совместно с блоком предварительной обработки сигналов 13 и ЦВМ 15 - в башенной установке 19. Синхронизатор, расположенный в АК 18, формирует сигналы синхронизации и управления работой блоков ССЦР, находящихся в АК, а также принимает и ретранслирует доклады о их функциональном состоянии, принимает и ретранслирует команды управления элементами СВЧ-трактов ОА2 и АВР3 в зависимости от режима работы, а синхронизатор, расположенный в БУ 19, формирует сигналы синхронизации и управления блоками ССЦР, находящимися в БУ, а также принимает и ретранслирует доклады о их функциональном состоянии, обеспечивает кодирование радиокоманд, формирование импульсных последовательностей, поступающих по шине цифрового параллельного интерфейса в блок предварительной обработки сигналов 13 и ЦВМ 15, преобразование цифровой и аналоговой информации, поступающей от блоков управления приводами наведения и стабилизации АК, а также организацию обмена информацией по шине цифрового последовательного интерфейса между ЦВМ 15 и ЦВС 16 ВМ. Размещение блоков синхронизатора 14 в АК и БУ позволило расположить его блоки на минимальном удалении от управляемых блоков, тем самым существенно сократить длину информационных линий связи и перейти на более широкое использование магистрального параллельного интерфейса, что в свою очередь позволило отказаться от нескольких оконечных устройств, формирователей сигналов и других устройств управления, связанных с применением цифрового последовательного интерфейса, что снижает массово-габаритные и улучшает эксплуатационные характеристики ССЦР.

Боевая работа происходит следующим образом: СОЦ производит обзор воздушного пространства и в случае обнаружения "чужих" целей автоматически выдает их координаты в ЦВС БМ. ЦВС БМ выбирает по определенному критерию наиболее опасную из них и автоматически выдает на ССЦР координаты допоиска. С целью сокращения времени допоиска при захвате цели на автосопровождение ширина ДНА см-канала сопряжена с полем ошибок целеуказания по азимуту СОЦ. ССЦР осуществляет отработку целеуказания, производит допоиск цели, ее обнаружение, захват и автосопровождение. При захвате цели см-каналом устанавливается основной режим работы передатчиков: попеременное включение излучения см- и мм-каналами. В ЦВМ ССЦР в алгоритме выбора рабочего канала анализируются соотношения между уровнем сигнала, уровнем помехи и потенциальной точностью измерения угловых координат в двух диапазонах и принимается решение на автосопровождение см- или мм-каналом. При пуске ЗУР ЦВС БМ выдает в ЦВМ ССЦР координаты центра группирования ЗУР по азимуту и углу места, а также баллистическую дальность и скорость ЗУР. АВР отрабатывает выданные координаты и производит захват ЗУР широкой ДНА и сопровождает ее. Информация об угловых координатах ЗУР относительно линии визирования АВР, о положении линии визирования основной антенны и дальности ЗУР поступают в ЦВС БМ. ЦВС БМ вырабатывает команды управления так, чтобы ЗУР была выведена в узкий луч АВР, а затем в ДНА основной антенны. Сигнал о наличии ЗУР в ДНА основной антенны мм-диапазона из ЦВС ВМ выдается в ЦВМ ССЦР. По этому сигналу вход приемника промежуточной частоты отключается от выхода СВЧ-приемника АВР 17 и подключается к выходам СВЧ-приемников 10, 11 основной антенны, при этом из ЦВМ ССЦР в ЦВС БМ поступают текущие координаты цели и сигналы углового рассогласования ЗУР относительно линии визирования цели. По этим сигналам ЦВС БМ совместно с синхронизатором ССЦР формирует команды управления таким образом, чтобы ЗУР находилась на линии визирования цели вплоть до ее поражения.

При наведении ЗУР приоритетным каналом для измерения угловых координат цели является мм-канал, что обусловлено меньшими ошибками по сравнению с см-каналом. Ошибки сопровождения цели в мм-диапазоне в 6-8 раз меньше по сравнению с см-диапазоном за счет более узкой ДНА. Среднеквадратические ошибки измерения угловых координат цели и ЗУР при углах места цели меньше 22 мрад. и более 7 мрад. составляют 0,2-0,4 мрад. в мм-диапазоне и 1,3-3,5 мрад. в см-диапазоне.

Таким образом, введение в БМ радиолокационного канала сопровождения цели и ввода ЗУР мм-диапазона повышает точность определения координат цели и ЗУР, а следовательно, и боевую эффективность, позволяет сопровождать низколетящие цели и повышает устойчивость радиолокационной станции сопровождения цели к активным помехам за счет переключения каналов.

На предлагаемое изобретение разработана техническая документация, изготовлены экспериментальные образцы узлов и блоков двухдиапазонной станции сопровождения целей и ввода ЗУР. Проведены лабораторно-стендовые испытания систем. Результаты положительные.

Данное изобретение будет использовано в зенитных пушечно-ракетных комплексах, разрабатываемых Конструкторским бюро приборостроения.

Источники информации
1. Jane's Land-Based Air Defence, 1997-98 г.г., pp 57-59, 116-120 - аналог.

2. Журнал "Техника и оружие" 5, 1996 г., стр.7-11 - аналог.

3. Журнал "Техника и вооружение", май-июнь 1999 г., стр.64-70 - аналог.

4. Патент 2156943 от 27.09.2000 г., Россия - прототип.

Изобретение относится к области вооружения и может быть использовано в войсках противовоздушной обороны. Технический результат - повышение боевой эффективности и помехозащищенности. В состав зенитной пушечно-ракетной боевой машины входит башенная установка с пушечным и ракетным вооружением, с оптическим и радиолокационным ответчиком мм-диапазона, установленными на зенитной управляемой ракете (ЗУР), радиолокационная станция обнаружения целей, радиолокационная станция сопровождения целей см-диапазона с приводами наведения и стабилизации и с общей основной антенной, оптико-электронная аппаратура визирования ракеты и цифровая вычислительная система. Повышение боевой эффективности и помехозащищенности боевой машины достигается путем введения в нее радиолокационного канала сопровождения цели и ввода ракеты миллиметрового диапазона волн, состоящего из двухдиапазонного облучателя основной антенны, антенны ввода ракеты (АВР), передатчика, задающего генератора, сверхвысокочастотных СВЧ-приемников основной антенны и антенны ввода ракеты, приемника промежуточной частоты, блока предварительной обработки сигналов, синхронизатора и цифровой вычислительной машины, при этом выход передатчика подключен к мм-элементам двухдиапазонного облучателя, а вход - к первому выходу задающего генератора, второй выход которого соединен с вторым входом СВЧ-приемника основной антенны, а первый вход - с синхронизатором, второй вход - с первым выходом задающего генератора см-диапазона, второй выход которого соединен с вторым входом приемника промежуточной частоты; выходы основной антенны и выход АВР подключены к первым входам СВЧ-приемника основной антенны и к входу приемника АВР, выходы которых и выходы СВЧ-приемника см-диапазона волн соединены с первыми входами приемника промежуточной частоты, выходы которого подключены к первым входам блока предварительной обработки сигналов, выход которого шиной цифрового параллельного интерфейса соединен с входом цифровой вычислительной машины, которая шиной параллельного интерфейса подключена к блокам синхронизатора, выход которого шиной цифрового параллельного интерфейса подключен к второму входу блока предварительной обработки сигналов, а шиной цифрового последовательного интерфейса - к цифровой вычислительной машине и к цифровой вычислительной системе боевой машины. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Зенитная пушечно-ракетная боевая машина (БМ), содержащая башенную установку (БУ) с пушечным и ракетным вооружением с оптическим и радиолокационными ответчиками миллиметрового (мм) диапазона волн, установленными на зенитной управляемой ракете (ЗУР), радиолокационную станцию (РЛС) обнаружения целей, РЛС сопровождения целей сантиметрового (см) диапазона волн с антенной колонкой (АК) и приводами наведения и стабилизации с общей основной антенной (ОА), приемником, задающим генератором и передатчиком, выход которого через сверхчастотный (СВЧ) тракт подключен к см-элементам облучателя ОА, а вход - к первому выходу задающего генератора, второй выход которого соединен с вторым входом приемника основной антенны, оптико-электронную аппаратуру визирования ЗУР и цифровую вычислительную систему (ЦВС) БМ, отличающаяся тем, что в нее введен радиолокационный канал сопровождения целей и ввода ЗУР мм-диапазона, состоящий из двухдиапазонного (см и мм) облучателя ОА, антенны ввода ЗУР (АВР), задающего генератора, передатчика, СВЧ-приемников ОА и АВР, приемника промежуточной частоты (ПЧ), блока предварительной обработки сигналов, синхронизатора и цифровой вычислительной машины, при этом выход передатчика через СВЧ-тракт подключен к мм-элементам двухдиапазонного облучателя ОА, а вход - к первому выходу задающего генератора, второй выход которого соединен с вторым входом СВЧ-приемника основной антенны, а первый вход - с третьим выходом генератора см-диапазона, четвертый выход которого соединен со вторым входом приемника промежуточной частоты, а вход - с выходом синхронизатора, второй выход которого подключен к АВР, третий выход - к входу СВЧ-тракта, четвертый выход - к третьему входу приемника промежуточной частоты, а выходы ОА и АВР через СВЧ-тракты подключены к первым входам СВЧ-приемника ОА и к входу приемника АВР, выходы которых и выходы СВЧ-приемника см-диапазона волн соединены с первыми входами приемника промежуточной частоты, выходы ПЧ подключены к первым входам блока предварительной обработки сигналов (БПОС), выход которого шиной цифрового параллельного интерфейса соединен с входом цифровой вычислительной машины, которая шиной цифрового параллельного интерфейса подключена к ЦВС БМ и к блокам синхронизатора, выход которого шиной цифрового параллельного интерфейса подключен ко второму входу БПОС, а шиной цифрового последовательного интерфейса - к цифровой вычислительной машине и к цифровой вычислительной системе боевой машины. 2. Боевая машина по п.1, отличающаяся тем, что синхронизатор выполнен в виде двух блоков: один из которых совместно с задающими генераторами, передатчиками, СВЧ-приемниками (см и мм) диапазонами волн, приемником промежуточной частоты и АВР размещен в антенной колонке, а другой совместно с БПОС и ЦВМ - в башенной установке.