Изобретение относится к оборонной технике, в частности к системам наведения ракет, предназначенным для обнаружения и сопровождения наземных целей, а также для формирования и выдачи сигналов управления в систему управления ракеты (СУР) для ее наведения на цель.
Известны пассивные радиолокационные головки самонаведения (РГС), например РГС 9Б1032Э [рекламный буклет ОАО «Агат», Международный авиационно-космический салон «Макс-2005»], недостатком которых является ограниченный класс обнаруживаемых целей - только радиоизлучающие цели.
Известны полуактивные и активные РГС, предназначенные для обнаружения и сопровождения воздушных целей, например, такие как огневая секция [патент RU №2253821 от 06.10.2005 г.], многофункциональная моноимпульсная доплеровская головка самонаведения (ГСН) для ракеты РВВ АЕ [Рекламный буклет ОАО «Агат», Международный авиационно-космический салон «Макс-2005»], усовершенствованная ГСН 9Б-1103М (диаметр 200 мм), ГСН 9Б-1103М (диаметр 350 мм) [Космический курьер, №4-5, 2001, стр.46-47], недостатками которых являются обязательное наличие станции подсвета цели (для полуактивных РГС) и ограниченный класс обнаруживаемых и сопровождаемых целей - только воздушные цели.
Известны активные РГС, предназначенные для обнаружения и сопровождения наземных целей, например, такие как ARGS-35E [Рекламный буклет ОАО «Радар-ММС», Международный авиационно-космический салон «Макс-2005»], ARGS-14E [Рекламный буклет ОАО «Радар-ММС», Международный авиационно-космический салон «Макс-2005»], [Доплеровская ГСН для ракеты: заявка 3-44267 Япония, МКИ G01S 7/36, 13/536, 13/56/ Hippo dense kiki K.K. Опубл. 7.05.91], недостатками которых являются низкое разрешение целей по угловым координатам и, как следствие, невысокие дальности обнаружения и захвата целей, а также низкая точность их сопровождения. Перечисленные недостатки данных ГСН обусловлены использованием сантиметрового диапазона волн, не позволяющего реализовать при малом миделе антенны узкую диаграмму направленности антенны и низкий уровень ее боковых лепестков.
Известна также когерентная импульсная РЛС с повышенной разрешающей способностью по угловым координатам [патент США №4903030, МКИ G01S 13/72/ Electronigue Serge Dassault. Опубл. 20.2.90], которую предлагается использовать в ракете. В данной РЛС угловое положение точки на поверхности земли представляется как функция частоты Доплера отраженного от нее радиосигнала. Группа фильтров, предназначенных для выделения доплеровских частот сигналов, отраженных от различных точек на земле, создается за счет применения алгоритмов быстрого преобразования Фурье. Угловые координаты точки на земной поверхности определяются по номеру фильтра, в котором выделен радиосигнал, отраженный от этой точки. РЛС использует синтезирование апертуры антенны с фокусировкой. Компенсация сближения ракеты с выбранной целью за время формирования кадра обеспечивается управлением стробом дальности.
Недостатком рассмотренной РЛС является ее сложность, из-за сложности обеспечения синхронного изменения частот нескольких генераторов для реализации изменения от импульса к импульсу частоты излучаемых колебаний.
Из известных технических решений наиболее близким (прототипом) является РГС по патенту США №4665401, МКИ G01S 13/72/ Sperri Corp., 12.05.87. РГС, работающая в миллиметровом диапазоне волн, осуществляет поиск и сопровождение наземных целей по дальности и по угловым координатам. Различение целей по дальности в РГС производится за счет применения нескольких узкополосных фильтров промежуточной частоты, обеспечивающих достаточно хорошее отношение сигнал-шум на выходе приемника. Поиск цели по дальности выполняется с помощью генератора поиска диапазона, генерирующего сигнал с линейно изменяющейся частотой для модуляции им сигнала несущей частоты. Поиск цели по азимуту осуществляется сканированием антенны в азимутальной плоскости. Специализированный вычислитель, используемый в РГС, осуществляет выбор элемента разрешения по дальности, в котором находится цель, а также слежение цели по дальности и угловым координатам. Стабилизация антенны - индикаторная, выполняется по сигналам, снимаемым с датчиков тангажа, крена и рысканья ракеты, а также по сигналам, снимаемым с датчиков угла места, азимута и скорости движения антенны.
Недостатком прототипа является низкая точность сопровождения целей, обусловленная высоким уровнем боковых лепестков антенны и плохой стабилизацией антенны. К недостатку прототипа также можно отнести низкое разрешение целей по азимуту и малую (до 1,2 км) дальность их обнаружения, обусловленную использованием в РГС гомодинного способа построения приемо-передающего тракта.
Задачей изобретения является повышение точности сопровождения целей и их разрешения по азимуту, а также увеличение дальности обнаружения целей.
Поставленная задача достигается тем, что в РГС, содержащую антенный переключатель (АП), датчик углового положения антенны в горизонтальной плоскости (ДУПАгп), механически соединенный с осью вращения антенны в горизонтальной плоскости, и датчик углового положения антенны в вертикальной плоскости (ДУПАвп), механически соединенный с осью вращения антенны в вертикальной плоскости, введены:
- щелевая антенная решетка (ЩАР) моноимпульсного типа, механически закрепленная на гироплатформе введенного гиростабилизированного привода антенны и состоящего из аналого-цифрового преобразователя горизонтальной плоскости (АЦПгп), аналого-цифрового преобразователя вертикальной плоскости (АЦПвп), цифроаналогового преобразователя горизонтальной плоскости (ЦАПгп), цифроаналогового преобразователя вертикальной плоскости (ЦАПвп), двигателя прецессии гироплатформы горизонтальной плоскости (ДПГгп), двигателя прецессии гироплатформы вертикальной плоскости (ДПГвп) и микроЦВМ;
- трехканальное приемное устройство (ПРМУ);
- передатчик;
- трехканальный АЦП;
- программируемый процессор сигналов (ППС);
- синхронизатор;
- опорный генератор (ОГ);
- цифровая вычислительная машина (ЦВМ);
- четыре цифровые магистрали (ЦМ), обеспечивающие функциональные связи между ППС, ЦВМ, синхронизатором и микроЦВМ, а также ППС - с контрольно-проверочной аппаратурой (КПА), ЦВМ - с КПА и внешними устройствами.
На чертеже приведена структурная схема РГС, где обозначено:
1 - щелевая антенная решетка (ЩАР);
2 - циркулятор;
3 - приемное устройство (ПРМУ);
4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
5 - программируемый процессор сигналов (ППС);
6 - привод антенны (ПА), функционально объединяющий ДУПАгп, ДУПАвп, АЦПгп, АЦПвп, ЦАПгп, ЦАПвп, ДПГгп, ДПГвп и микроЦВМ;
7 - передатчик (ПРД);
8 - опорный генератор (ОГ);
9 - цифровая вычислительная машина (ЦВМ);
10 - синхронизатор,
ЦМ1 ЦМ2, ЦМ3 и ЦМ4 - первая, вторая, третья и четвертая цифровые магистрали, соответственно.
На чертеже пунктирными линиями отражены механические связи.
Щелевая антенная решетка 1 представляет собой типовую ЩАР моноимпульсного типа, используемую в настоящее время во многих радиолокационных станциях (РЛС), таких, например, как «Копье», «Жук» разработки ОАО «Корпорация «Фазотрон - НИИР» [Рекламный буклет ОАО «Корпорация «Фазотрон - НИИР», Международный авиационно-космический салон «Макс-2005»]. По сравнению с другими типами антенн ЩАР обеспечивает более низкий уровень боковых лепестков. Описываемая ЩАР 1 формирует на передачу одну диаграмму направленности (ДН) игольчатого типа, а на прием - три ДН: суммарную и две разностные - в горизонтальной и вертикальной плоскостях. ЩАР 1 механически закреплена на гироплатформе гиростабилизированного привода антенны ПА 6, что обеспечивает практически идеальную ее развязку от колебаний корпуса ракеты.
ЩАР 1 имеет три выхода:
1) суммарный Σ, являющийся одновременно и входом ЩАР;
2) разностный горизонтальной плоскости Δг;
3) разностный вертикальной плоскости Δв.
Циркулятор 2 - типовое устройство, используемое в настоящее время во многих РЛС и РГС, например, описанный в патенте RU 2260195 от 11.03.2004 г. Циркулятор 2 обеспечивает передачу радиосигнала от ПРД 7 к суммарному входу-выходу ЩАР 1 и принятого радиосигнала с суммарного входа-выхода ЩАР 1 к входу третьего канала ПРМУ 3.
Приемное устройство 3 - типовое трехканальное приемное устройство, применяемое в настоящее время во многих РГС и РЛС, например, описанное в монографии [Теоретические основы радиолокации. / Под ред. Я.Д.Ширмана - М.: Сов. радио, 1970, стр.127-131]. Полоса пропускания каждого из идентичных каналов ПРМУ 3 оптимизирована на прием и преобразование на промежуточную частоту одиночного радиоимпульса прямоугольной формы. ПРМУ 3 в каждом из трех каналов обеспечивает усиление, фильтрацию от шумов и преобразование на промежуточную частоту радиосигналов, поступающих на вход каждого из упомянутых каналов. В качестве опорных сигналов, необходимых при проведении преобразований над принятыми радиосигналами в каждом из каналов, используются высокочастотные сигналы, поступающие из ОГ 8. Открытие ПРМУ 3 осуществляется по синхросигналу, поступающему из синхронизатора 10.
ПРМУ 3 имеет 5 входов: первый, являющийся входом первого канала ПРМУ, предназначен для ввода радиосигнала, принятого ЩАР 1 по разностному каналу горизонтальной плоскости Δг; второй, являющийся входом второго канала ПРМУ, предназначен для ввода радиосигнала, принятого ЩАР 1 по разностному каналу вертикальной плоскости Δв; третий, являющийся входом третьего канала ПРМУ, предназначен для ввода радиосигнала, принятого ЩАР 1 по суммарному каналу Σ; 4-й - для ввода из синхронизатора 10 синхросигналов; 5-й - для ввода из ОГ 8 опорных высокочастотных сигналов.
ПРМУ 3 имеет 3 выхода: 1-й - для вывода радиосигналов, усиленных в первом канале; 2-й - для вывода радиосигналов, усиленных во втором канале; 3-й - для вывода радиосигналов, усиленных в третьем канале.
Аналого-цифровой преобразователь 4 представляет собой типовой трехканальный АЦП, например АЦП AD7582 фирмы «Analog Devies». АЦП 4 преобразует поступающие из ПРМУ 3 радиосигналы промежуточной частоты в цифровую форму. Момент начала преобразований определяется тактирующими импульсами, поступающими из синхронизатора 10. Выходным сигналом каждого из каналов АЦП 4 является оцифрованный радиосигнал, приходящий на его вход.
Программируемый процессор сигналов 5 представляет собой типовую ЦВМ, используемую в любой современной РГС или РЛС и оптимизированную на первичную обработку принятых радиосигналов. ППС 5 обеспечивает:
- с помощью первой цифровой магистрали (ЦМ1) связь с ЦВМ 9;
- с помощью второй цифровой магистрали (ЦМ2) связь с КПА;
- реализацию функционального программного обеспечения (ФПОппс), содержащего все необходимые константы и обеспечивающего выполнение в ППС 5 следующих обработок радиосигналов: квадратурную обработку поступающих на его входы оцифрованных радиосигналов; когерентное накопление этих радиосигналов; умножение накопленных радиосигналов на опорную функцию, учитывающую форму ДН антенны; выполнение над результатом умножения процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ).
Примечания.
К ФПОппс не предъявляется особых требований: оно лишь должно быть адаптировано к операционной системе, используемой в ППС 5.
В качестве ЦМ1 и ЦМ2 может быть использована любая из известных цифровых магистралей, например цифровая магистраль МПИ (ГОСТ 26765.51-86) или МКИО (ГОСТ 26765.52-87).
Алгоритмы упомянутых выше обработок известны и описаны в литературе, например, в монографии [Меркулов В.И., Канащенков А.И., Перов А.И., Дрогалин В.В. и др. Оценивание дальности и скорости в радиолокационных системах. Ч.1. / Под ред. А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова - М.: Радиотехника, 2004, стр.162-166, 251-254], в патенте США №5014064, кл. G01S 13/00, 342-152, 07.05.1991 и патенте РФ №2258939, 20.08.2005.
Результаты перечисленных выше обработок в виде трех матриц амплитуд (МА), сформированных из радиосигналов, соответственно принятых по разностному каналу горизонтальной плоскости - МАΔг, разностному каналу вертикальной плоскости - МАΔв и суммарному каналу - МАΣ, ППС 5 записывает в буфер цифровой магистрали ЦМ1. Каждая из МА представляет собой таблицу, заполненную значениями амплитуд радиосигналов, отраженных от различных участков земной поверхности.
Матрицы МАΔг, МАΔв и MAΣ являются выходными данными ППС 5.
Привод антенны 6 представляет собой типовой гиростабилизированный (с силовой стабилизацией антенны) привод, используемый в настоящее время во многих РГС, например, в РГС ракеты Х-25МА [Карпенко А.В., Ганин С.М. Отечественные авиационные тактические ракеты. - С-П.: 2000, стр.33-34]. Он обеспечивает (по сравнению с электромеханическими и гидравлическими приводами, реализующими индикаторную стабилизацию антенны) практически идеальную развязку антенны от корпуса ракеты [Меркулов В.И., Дрогалин В.В., Канащенков А.И. и др. Авиационные системы радиоуправления. Т.2. Радиоэлектронные системы самонаведения. / Под. ред. А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова. - М.: Радиотехника, 2003, стр.216]. ПА 6 обеспечивает вращение ЩАР 1 в горизонтальной и вертикальной плоскостях и ее стабилизацию в пространстве.
ДУПАгп, ДУПАвп, АЦПгп, АЦПвп, ЦАПгп, ЦАПвп, ДПГгп, ДПГвп, функционально входящие в состав ПА 6, широко известны и используются в настоящее время во многих РГС и РЛС. МикроЦВМ представляет собой типовую ЦВМ, реализованную на одном из известных микропроцессоров, например микропроцессоре MIL-STD-1553В разработки АО «Электронная компания «ЭЛКУС». МикроЦВМ посредством цифровой магистрали ЦМ1 связана с ЦВМ 9. Цифровая магистраль ЦМ1 используется также и для введения в микроЦВМ функционального программного обеспечения привода антенны (ФПОпа).
К ФПОпа не предъявляется особых требований: оно лишь должно быть адаптировано к операционной системе, используемой в микроЦВМ.
Входными данными ПА 6, поступающими по ЦМ1 из ЦВМ 9, являются: номер Np режима работы ПА и значения параметров рассогласования в горизонтальной Δϕг и вертикальной Δϕв плоскостях. Перечисленные входные данные поступают в ПА 6 при каждом обмене с ЦВМ 9.
ПА 6 работает в двух режимах: «Арретирование» и «Стабилизация».
В режиме «Арретирование», задаваемом ЦВМ 9 соответствующим номером режима, например Np=1, микроЦВМ на каждом такте работы считывает с АЦПгп и АЦПвп преобразованные ими в цифровую форму значения углов положения антенны, поступающие на них соответственно с ДУПАгп и ДУПАвп.Значение угла ϕаг положения антенны в горизонтальной плоскости микроЦВМ выдает в ЦАПгп, который преобразует его в напряжение постоянного тока, пропорционального значению этого угла, и подает его на ДПГгп.ДПГгп начинает вращать гироскоп, изменяя этим угловое положение антенны в горизонтальной плоскости. Значение угла ϕав положения антенны в вертикальной плоскости микроЦВМ выдает в ЦАПвп, который преобразует его в напряжение постоянного тока, пропорционального значению этого угла, и подает его на ДПГвп.ДПГвп начинает вращать гироскоп, изменяя этим угловое положение антенны в вертикальной плоскости. Таким образом, в режиме «Арретирование» ПА 6 обеспечивает соосное со строительной осью ракеты положение антенны.
В режиме «Стабилизация», задаваемом ЦВМ 9 соответствующим номером режима, например Np=2, микроЦВМ на каждом такте работы считывает из буфера ЦМ1 значения параметров рассогласования в горизонтальной Δϕг и вертикальной Δϕв плоскостях. Значение параметра рассогласования Δϕг в горизонтальной плоскости микроЦВМ выдает в ЦАПгп. ЦАПгп значение этого параметра рассогласования преобразует в напряжение постоянного тока, пропорционального значению параметра рассогласования, и подает его на ДПГгп. ДПГгп изменяет угол прецессии гироскопа, корректируя этим угловое положение антенны в горизонтальной плоскости. Значение параметра рассогласования Δϕв в вертикальной плоскости микроЦВМ выдает в ЦАПвп.ЦАПвп значение этого параметра рассогласования преобразует в напряжение постоянного тока, пропорционального значению параметра рассогласования, и подает его на ДПГвп. ДПГвп изменяет угол прецессии гироскопа, корректируя этим угловое положение антенны в вертикальной плоскости. Таким образом, в режиме «Стабилизация» ПА 6 на каждом такте работы обеспечивает отклонение антенны на углы, равные значениям параметров рассогласования в горизонтальной Δϕг и вертикальной Δϕв плоскостях.
Развязку ЩАР 1 от колебаний корпуса ракеты ПА 6 обеспечивает за счет свойств гироскопа удерживать пространственное положение своих осей неизменным при эволюциях основания, на котором он закреплен.
Выходом ПА 6 является ЦМ, в буфер которой микроЦВМ на каждом такте работы записывает цифровые коды значений углового положения антенны в горизонтальной ϕаг и вертикальной ϕав плоскостях, которые она формирует из преобразованных в цифровую форму с помощью АЦПгп и АЦПвп значений углов положения антенны, снятых с ДУПАгп и ДУПАвп.
Передатчик 7 - типовой ПРД, используемый в настоящее время во многих РЛС, например, описанный в патенте RU 2260195 от 11.03.2004. ПРД 7 предназначен для формирования радиоимпульсов прямоугольной формы. Период повторения формируемых передатчиком радиоимпульсов задается синхроимпульсами, поступающими из синхронизатора 10. В качестве задающего генератора передатчика 7 используется опорный генератор 8.
Опорный генератор 8 представляет собой типовой гетеродин, используемый практически в любой активной РГС или РЛС, обеспечивающий генерацию опорных сигналов заданной частоты.
Цифровая вычислительная машина 9 представляет собой типовую ЦВМ, используемую в любой современной РГС или РЛС и оптимизированную на решение задач вторичной обработки принятых радиосигналов и управления аппаратурой. Примером такой ЦВМ может служить ЦВМ «Багет-83», производства НИИ СИ РАН КБ «Корунд». ЦВМ 9:
- по упомянутой ранее ЦМ1 посредством передачи соответствующих команд обеспечивает управление ППС 5, ПА 6 и синхронизатором 10;
- по третьей цифровой магистрали (ЦМ3), в качестве которой используется цифровая магистраль МКИО, посредством передачи из КПА соответствующих команд и признаков обеспечивает самотестирование;
- по ЦМ3 принимает из КПА функциональное программное обеспечение (ФПОцвм) и запоминает его;
- по четвертой цифровой магистрали (ЦМ4), в качестве которой используется цифровая магистраль МКИО, обеспечивает связь с внешними устройствами;
- реализацию ФПОцвм.
Примечания.
К ФПОцвм не предъявляется особых требований: оно лишь должно быть адаптировано к операционной системе, используемой в ЦВМ 9. В качестве ЦМ3 и ЦМ4 может быть использована любая из известных цифровых магистралей, например цифровая магистраль МПИ (ГОСТ 26765.51-86) или МКИО (ГОСТ 26765.52-87).
Реализация ФПОцвм позволяет ЦВМ 9 выполнить следующее:
1. По полученным от внешних устройств целеуказаниям: углового положения цели в горизонтальной ϕцгцу и вертикальной ϕцвцу плоскостях, дальности Дцу до цели и скорости сближения Vсбцу ракеты с целью, рассчитать период повторения зондирующих импульсов.
Алгоритмы расчета периода повторения зондирующих импульсов широко известны, например они описаны в монографии [Меркулов В.И., Канащенков А.И., Перов А.И., Дрогалин В.В. и др. Оценивание дальности и скорости в радиолокационных системах. 4.1. / Под ред. А.И.Канащенкова и В.И. Меркулова - М.: Радиотехника, 2004, стр.263-269].
2. Над каждой из сформированных в ППС 5 и переданных в ЦВМ 6 по ЦМ1 матриц МАΔг, МАΔв и МАΣ выполнить следующую процедуру: сравнить значения амплитуд радиосигналов, записанных в ячейках перечисленных МА, со значением порога и, если значение амплитуды радиосигнала в ячейке больше значения порога, то в эту ячейку записать единицу, в противном случае - нуль. В результате этой процедуры из каждой упомянутой МА ЦВМ 9 формирует соответствующую матрицу обнаружения (МО) - МОΔг, МОΔв и MOΣ в ячейках которой записаны нули или единицы, причем единица сигнализирует о наличии цели в данной ячейке, а нуль - о ее отсутствии.
3. По координатам ячеек матриц обнаружения МОΔг, МОΔв и МОΣ, в которых зафиксировано наличие цели, вычислить удаление каждой из обнаруженных целей от центра (т.е. от центральной ячейки) соответствующей матрицы, и сравнением этих удалений определить цель, ближайшую к центру соответствующей матрицы. Координаты этой цели ЦВМ 9 запоминает в виде: номера столбца Nстбд матрицы обнаружения МОΣ определяющего удаление цели от центра MOΣ по дальности; номера строки Nстрv матрицы обнаружения MOΣ, определяющего удаление цели от центра MOΣ по скорости сближения ракеты с целью; номера столбца Nстбг матрицы обнаружения МОΔг, определяющего удаление цели от центра МОΔг по углу в горизонтальной плоскости; номера строки Nстрв матрицы обнаружения МОΔв, определяющего удаление цели от центра МОΔв по углу в вертикальной плоскости.
4. Используя запомненные номера столбца Nстбд и строки Nстрv матрицы обнаружения МОΣ по формулам:
(где Дцмо, Vцмо - координаты центра матрицы обнаружения MOΣ: ΔД и ΔV - константы, задающие дискрет столбца матрицы обнаружения MOΣ по дальности и дискрет строки матрицы обнаружения MOΣ по скорости, соответственно), вычислить значения дальности до цели Дц и скорости сближения Vсб ракеты с целью.
5. Используя запомненные номера столбца Nстбг матрицы обнаружения МОΔг и строки Nстрв матрицы обнаружения МОΔв, а также значения углового положения антенны в горизонтальной ϕаг и вертикальной ϕав плоскостях, по формулам:
(где Δϕстбг и Δϕстрв - константы, задающие дискрет столбца матрицы обнаружения МОΔг по углу в горизонтальной плоскости и дискрет строки матрицы обнаружения МОΔв по углу в вертикальной плоскости, соответственно), вычислить значения пеленгов цели в горизонтальной ϕцг и вертикальной Δϕцв плоскостях.
6. Вычислить значения параметров рассогласования в горизонтальной Δϕг и вертикальной Δϕв плоскостях по формулам
либо по формулам
где ϕцгцу, ϕцвцу - значения углов положения цели в горизонтальной и вертикальной плоскостях, соответственно, полученные от внешних устройств как целеуказания; ϕцг и ϕцв - вычисленные в ЦВМ 9 значения пеленгов цели в горизонтальной и вертикальной плоскостях, соответственно; ϕаг и ϕав - значения углов положения антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, соответственно.
Синхронизатор 10 - обычный синхронизатор, используемый в настоящее время во многих РЛС, например, описанный в заявке на изобретение RU 2004108814 от 24.03.2004 или в патенте RU 2260195 от 11.03.2004. Синхронизатор 10 предназначен для формирования синхроимпульсов различной длительности и частоты повторения, обеспечивающих синхронную работу РГС. Связь с ЦВМ 9 синхронизатор 10 осуществляет по ЦМ1.
Заявленное устройство работает следующим образом.
На земле из КПА по цифровой магистрали ЦМ2 в ППС 5 вводят ФПОппс, которое записывается в его запоминающее устройство (ЗУ).
На земле из КПА по цифровой магистрали ЦМ3 в ЦВМ 9 вводят ФПОцвм, которое записывается в его ЗУ.
На земле из КПА по цифровой магистрали ЦМ3 через ЦВМ 9 в микроЦВМ вводят ФПОмикроЦВМ, которое записывается в его ЗУ.
Отмечаем, что вводимые из КПА ФПОцвм, ФПОмикроЦВМ и ФПОппс содержат программы, позволяющие реализовать в каждом из перечисленных вычислителей все упомянутые выше задачи, при этом в их состав входят значения всех необходимых при вычислениях и логических операциях констант.
После подачи питания ЦВМ 9, ППС 5 и микроЦВМ привода антенны 6 начинают реализацию их ФПО, при этом они выполняют следующее.
1. ЦВМ 9 передает по цифровой магистрали ЦМ1 в микроЦВМ номер режима Np, соответствующий переводу ПА 6 в режим «Арретирование».
2. МикроЦВМ, приняв номер режима Np «Арретирование», считывает с АЦПгп и АЦПвп преобразованные ими в цифровую форму значения углов положения антенны, поступающие на них соответственно с ДУПАгп и ДУПАвп.Значение угла ϕаг положения антенны в горизонтальной плоскости микроЦВМ выдает в ЦАПгп, который преобразует его в напряжение постоянного тока, пропорционального значению этого угла, и подает его на ДПГгп.ДПГгп вращает гироскоп, изменяя этим угловое положение антенны в горизонтальной плоскости. Значение угла ϕав положения антенны в вертикальной плоскости микроЦВМ выдает в ЦАПвп, который преобразует его в напряжение постоянного тока, пропорционального значению этого угла, и подает его на ДПГвп.ДПГвп вращает гироскоп, изменяя этим угловое положение антенны в вертикальной плоскости. Кроме этого, микроЦВМ значения углов положения антенны в горизонтальной ϕаг и вертикальной ϕав плоскостях записывает в буфер цифровой магистрали ЦМ1.
3. ЦВМ 9 считывает из буфера цифровой магистрали ЦМ4 подаваемые с внешних устройств следующие целеуказания: значения углового положения цели в горизонтальной ϕцгцу и вертикальной ϕцвцу плоскостях, значения дальности Дцу до цели, скорости сближения Vсбцу ракеты с целью и проводит их анализ.
Если все перечисленные выше данные нулевые, то ЦВМ 9 выполняет действия, описанные в п.п.1 и 3, при этом микроЦВМ выполняет действия, описанные в п.2.
Если перечисленные выше данные ненулевые, то ЦВМ 9 считывает из буфера цифровой магистрали ЦМ1 значения углового положения антенны в вертикальной ϕав и горизонтальной ϕаг плоскостях и по формулам (5) вычисляет значения параметров рассогласования в горизонтальной Δϕг и вертикальной Δϕв плоскостях, которые записывает в буфер цифровой магистрали ЦМ1. Кроме этого ЦВМ 9 в буфер цифровой магистрали ЦМ1 записывает номер режима Np, соответствующий режиму «Стабилизация».
4. МикроЦВМ, считав из буфера цифровой магистрали ЦМ1 номер режима Np «Стабилизация», выполняет следующее:
- считывает из буфера цифровой магистрали ЦМ1 значения параметров рассогласования в горизонтальной Δϕг и вертикальной Δϕв плоскостях;
- значение параметра рассогласования Δϕг в горизонтальной плоскости выдает в ЦАПгп, который его преобразует в напряжение постоянного тока, пропорционального значению полученного параметра рассогласования, и подает его на ДПГгп; ДПГгп начинает вращать гироскоп, изменяя этим угловое положение антенны в горизонтальной плоскости;
- значение параметра рассогласования Δϕв в вертикальной плоскости выдает в ЦАПвп, который его преобразует в напряжение постоянного тока, пропорционального значению полученного параметра рассогласования, и подает его на ДПГвп; ДПГвп начинает вращать гироскоп, изменяя этим угловое положение антенны в вертикальной плоскости;
считывает с АЦПгп и АЦПвп преобразованные ими в цифровую форму значения углов положения антенны в горизонтальной ϕаг и вертикальной ϕав плоскостях, поступающих на них соответственно с ДУПАгп и ДУПАвп, которые записывает в буфер цифровой магистрали ЦМ1.
5. ЦВМ 9 используя целеуказания, в соответствии с алгоритмами, описанными в [Меркулов В.И., Канащенков А.И., Перов А.И., Дрогалин В.В. и др. Оценивание дальности и скорости в радиолокационных системах. Ч.1. / Под ред. А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова - М.: Радиотехника, 2004, стр.263-269], рассчитывает период повторения зондирующих импульсов и, относительно зондирующих импульсов, формирует коды временных интервалов, определяющих моменты открытия ПРМУ 3 и начало работы ОГ 8 и АЦП 4.
Коды периода повторения зондирующих импульсов и временных интервалов, определяющих моменты открытия ПРМУ 3 и начала работы ОГ 8 и АЦП 4, ЦВМ 9 по цифровой магистрали ЦМ1 передает в синхронизатор 10.
6. Синхронизатор 10 на основе упомянутых выше кодов и интервалов формирует следующие синхроимпульсы: импульсы запуска ПРД, импульсы закрытия приемника, тактирующие импульсы ОГ, тактирующие импульсы АЦП, импульсы начала обработки сигналов. Импульсы запуска ПРД с первого выхода синхронизатора 10 поступают на первый вход ПРД 7. Импульсы закрытия приемника со второго выхода синхронизатора 10 поступают на четвертый вход ПРМУ 3. Тактирующие импульсы ОГ поступают с третьего выхода синхронизатора 10 на вход ОГ 8. Тактирующие импульсы АЦП с четвертого выхода синхронизатора 10 поступают на четвертый вход АЦП 4. Импульсы начала обработки сигналов с пятого выхода синхронизатора 10 поступают на четвертый вход ППС 5.
7. ОГ 8, получив тактирующий импульс, обнуляет фазу генерируемого им высокочастотного сигнала и выдает его через свой первый выход в ПРД 7 и через свой второй выход на пятый вход ПРМУ 3.
8. ПРД 7, получив импульс запуска ПРД, используя высокочастотный сигнал опорного генератора 8, формирует мощный радиоимпульс, который с его выхода поступает на вход АП 2 и, далее, на суммарный вход ЩАР 1, которая излучает его в пространство.
9. ЩАР 1 принимает отраженные от земли и целей радиосигналы и со своих суммарного Σ, разностного горизонтальной плоскости Δг и разностного вертикальной плоскости Δв выходов выдает их соответственно на вход-выход АП 2, на вход первого канала ПРМУ 3 и на вход второго канала ПРМУ 3. Радиосигнал, поступивший на АП 2, транслируется на вход третьего канала ПРМУ 3.
10. ПРМУ 3 усиливает каждый из упомянутых выше радиосигналов, фильтрует от шумов и, используя поступающие из ОГ 8 опорные радиосигналы, преобразует их на промежуточную частоту, причем усиление радиосигналов и их преобразование на промежуточную частоту он осуществляет только в те интервалы времени, когда отсутствуют импульсы закрытия приемника.
Преобразованные на промежуточную частоту упомянутые радиосигналы с выходов соответствующих каналов ПРМУ 3 поступают, соответственно, на входы первого, второго и третьего каналов АЦП 4.
11. АЦП 4, при поступлении на его четвертый вход из синхронизатора 10 тактирующих импульсов, частота повторения которых в два раза выше частоты поступающих из ПРМУ 3 радиосигналов, квантует поступающие на входы его каналов упомянутые радиосигналы по времени и уровню, формируя этим на выходах первого, второго и третьего каналов упомянутые выше радиосигналы в цифровой форме.
Отмечаем, что частота повторения тактирующих импульсов выбрана в два раза большей частоты поступающих на АЦП 4 радиосигналов с целью реализации в ППС 5 квадратурной обработки принятых радиосигналов.
С соответствующих выходов АЦП 4 упомянутые выше радиосигналы в цифровой форме поступают соответственно на первый, второй и третий входы ППС 5.
12. ППС 5, при поступлении на его четвертый вход из синхронизатора 10 импульса начала обработки сигналов, над каждым из вышеупомянутых радиосигналов в соответствии с алгоритмами, описанными в монографии [Меркулов В.И., Канащенков А.И., Перов А.И., Дрогалин В.В. и др. Оценивание дальности и скорости в радиолокационных системах. Ч.1. / Под ред. А.И.Канащенкова и В.И.Меркулова - М.: Радиотехника, 2004, стр.162-166, 251-254], патенте США №5014064, кл. G01S 13/00, 342-152, 07.05.1991 и патенте РФ №2258939, 20.08.2005, осуществляет: квадратурную обработку над принятыми радиосигналами, устраняя этим зависимость амплитуд принятых радиосигналов от случайных начальных фаз этих радиосигналов; когерентное накопление принятых радиосигналов, обеспечивая этим повышение отношения сигнал/шум; умножение накопленных радиосигналов на опорную функцию, учитывающую форму ДН антенны, устраняя этим влияние на амплитуды радиосигналов формы ДН антенны, включая влияние ее боковых лепестков; выполнение над результатом умножения процедуры ДПФ, обеспечивая этим повышение разрешения РГС в горизонтальной плоскости.
Результаты перечисленных выше обработок ППС 5 в виде матриц амплитуд - МАΔг, МАΔв и MAΣ - записывает в буфер цифровой магистрали ЦМ1. Еще раз отмечаем, что каждая из МА представляет собой таблицу, заполненную значениями амплитуд отраженных от различных участков земной поверхности радиосигналов, при этом:
- матрица амплитуд МАΣ,сформированная по радиосигналам, принятым по суммарному каналу, по сути, является радиолокационным изображением участка земной поверхности в координатах «Дальность×частота Доплера», размеры которого пропорциональны ширине ДН антенны, углу наклона ДН и дальности до земли. Амплитуда радиосигнала, записанная в центре матрицы амплитуд по координате «Дальность», соответствует участку земной поверхности, находящемуся от РГС на удалении Дцма=Дцу, где Дцма - дальность до центра матрицы амплитуд, Дцу - дальность целеуказаний. Амплитуда радиосигнала, записанная в центре матрицы амплитуд по координате «частота Доплера», соответствует участку земной поверхности, сближающемуся с РГС со скоростью Vсбцу, т.е. Vцма=Vсбцу, где Vцма - скорость центра матрицы амплитуд;
- матрицы амплитуд МАΔг и МАΔв, сформированные, соответственно, по разностным радиосигналам горизонтальной плоскости и разностным радиосигналам вертикальной плоскости, тождественны многомерным угловым дискриминаторам. Амплитуды радиосигналов, записанных в центрах данных матриц, соответствуют участку земной поверхности, на который направлено равносигнальное направление (РСН) антенны, т.е. ϕцмаг=ϕцгцу, ϕцмав=ϕцвцу, где ϕцмаг - угловое положение центра матрицы амплитуд МАΔг горизонтальной плоскости, ϕцмав - угловое положение центра матрицы амплитуд МАΔв вертикальной плоскости, ϕцгцу - значение углового положения цели в горизонтальной плоскости, полученное как целеуказание, ϕцвцу - значение углового положения цели в вертикальной плоскости, полученное как целеуказание.
Более подробно упомянутые матрицы описаны в патенте RU №2258939 от 20.08.2005 г.
13. ЦВМ 9 считывает из буфера ЦМ1 значения матриц МАΔг, МАΔв и МАΣ и выполняет над каждой из них следующую процедуру: сравнивает значения амплитуд радиосигналов, записанных в ячейках МА, со значением порога и, если значение амплитуды радиосигнала в ячейке больше значения порога, то в эту ячейку записывает единицу, в противном случае - нуль. В результате этой процедуры из каждой упомянутой МА формируется матрица обнаружения (МО) - МОΔг, МОΔв и MOΣ, соответственно, в ячейках которой записаны нули или единицы, при этом единица сигнализирует о наличии цели в данной ячейке, а нуль - о ее отсутствии. Отмечаем, что размерность матриц МОΔг, МОΔв и MOΣ полностью совпадают с соответствующими размерностями матриц МАΔг, МАΔв и МАΣ, при этом: Дцма=Дцмо, где Дцмо - дальность до центра матрицы обнаружения, Vцма=Vцмо, где Vцмо - скорость центра матрицы обнаружения; ϕцмаг=ϕцмог, ϕцмав=ϕцмов, где ϕцмог - угловое положение центра матрицы обнаружения МОΔг горизонтальной плоскости, ϕцмов - угловое положение центра матрицы обнаружения МОΔв вертикальной плоскости.
14. ЦВМ 9 по данным, записанным в матрицах обнаружения МОΔг, МОΔв и MOΣ, вычисляет удаление каждой из обнаруженной цели от центра соответствующей матрицы и сравнением этих удалений определяет цель, ближайшую к центру соответствующей матрицы. Координаты этой цели ЦВМ 9 запоминает в виде: номера столбца Nстбд матрицы обнаружения МОΣ, определяющего удаление цели от центра MOΣ по дальности; номера строки Nстрv матрицы обнаружения MOΣ, определяющего удаление цели от центра MOΣ по скорости цели; номера столбца Nстбг матрицы обнаружения МОΔг, определяющего удаление цели от центра МОΔг по углу в горизонтальной плоскости; номера строки Nстрв матрицы обнаружения МОΔв, определяющего удаление цели от центра МОΔв по углу в вертикальной плоскости.
15. ЦВМ 9, используя запомненные номера столбца Nстбд и строки Nстрv матрицы обнаружения МОΣ, а также координаты центра матрицы обнаружения МОΣ по формулам (1) и (2), вычисляет дальность Дц до цели и скорость Vсб сближения ракеты с целью.
16. ЦВМ 9, используя запомненные номера столбца Nстбг матрицы обнаружения МОΔг и строки Nстрв матрицы обнаружения МОΔв, а также значения углового положения антенны в горизонтальной ϕаг и вертикальной ϕав плоскостях, по формулам (3) и (4) вычисляет значения пеленгов цели в горизонтальной ϕцг и вертикальной ϕцв плоскостях.
17. ЦВМ 9 по формулам (6) вычисляет значения параметров рассогласования в горизонтальной Δϕг и вертикальной Δϕв плоскостях, которые она вместе с номером режима «Стабилизация» записывает в буфер ЦМ1.
18. ЦВМ 9 вычисленные значения пеленгов цели в горизонтальной ϕцг и вертикальной ϕцв плоскостях, дальности до цели Дц и скорости сближения Vсб ракеты с целью записывает в буфер цифровой магистрали ЦМ4, которые из него считываются внешними устройствами.
19. После этого заявленное устройство на каждом последующем такте своей работы выполняет процедуры, описанные в п.п.5...18, при этом при реализации описанного в п.6 алгоритма, ЦВМ 6 расчет периода повторения зондирующих импульсов осуществляет, используя не данные целеуказаний, а значения дальности Дц, скорости сближения Vсб ракеты с целью, углового положения цели в горизонтальной ϕцг и вертикальной ϕцв плоскостях, вычисленные на предыдущих тактах по формулам (1)-(4), соответственно.
Использование изобретения, по сравнению с прототипом, за счет применения гиростабилизированного привода антенны, применения ЩАР, реализации когерентного накопления сигналов, реализации процедуры ДПФ, которая обеспечивает повышение разрешающей способности РГС по азимуту до 8...10 раз, позволяет:
- значительно повысить степень стабилизации антенны,
- обеспечить более низкий уровень боковых лепестков антенны,
- высокое разрешение целей по азимуту и, за счет этого, более высокую точность определения местоположения цели;
- обеспечить большую дальность обнаружения целей при низкой средней мощности передатчика.
Для выполнения заявленного устройства может быть использована элементная база, выпускаемая в настоящее время отечественной промышленностью.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
АКТИВНАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ ГОЛОВКА САМОНАВЕДЕНИЯ РАКЕТЫ | 2008 |
|
RU2360204C1 |
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРОВОДОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ | 2006 |
|
RU2310885C1 |
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ И СЖАТИЯ РАДИОСИГНАЛОВ | 2004 |
|
RU2258939C1 |
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И АНАЛИЗА РАДИОСИГНАЛОВ | 2005 |
|
RU2296349C9 |
ЗЕНИТНАЯ ПУШЕЧНО-РАКЕТНАЯ БОЕВАЯ МАШИНА | 2000 |
|
RU2191973C2 |
Радиолокационная станция кругового обзора "Резонанс" | 2015 |
|
RU2624736C2 |
УСТРОЙСТВО СЕЛЕКЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ЦЕЛЕЙ ДЛЯ РЕЖИМА ПЕРЕСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ ОТ ИМПУЛЬСА К ИМПУЛЬСУ | 2014 |
|
RU2541504C1 |
ЗЕНИТНАЯ ПУШЕЧНО-РАКЕТНАЯ БОЕВАЯ МАШИНА | 2007 |
|
RU2348001C1 |
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ В ИМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРОВСКИХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЯХ | 2005 |
|
RU2296346C2 |
МОНОИМПУЛЬСНОЕ РАДИОЛОКАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО СОПРОВОЖДЕНИЯ ПО НАПРАВЛЕНИЮ | 2004 |
|
RU2273863C1 |
Изобретение относится к оборонной технике, в частности, к системам наведения ракет. Технический результат - повышение точности сопровождения целей и их разрешения по азимуту, а также увеличение дальности обнаружения. Активная радиолокационная головка самонаведения содержит гиростабилизированный привод антенны с установленной на нем щелевой антенной решеткой моноимпульсного типа, трехканальное приемное устройство, передатчик, трехканальный АЦП, программируемый процессор сигналов, синхронизатор, опорный генератор и цифровую вычислительную машину. В процессе обработки принимаемых сигналов реализуется высокое разрешение наземных целей и высокая точность определения их координат (дальность, скорость и угол места и азимут). 1 ил.
Радиолокационная головка самонаведения, содержащая антенну, передатчик, приемное устройство (ПРМУ), циркулятор, датчик углового положения антенны в горизонтальной плоскости (ДУПАгп) и датчик углового положения антенны в вертикальной плоскости (ДУПАвп), отличающаяся тем, что она снабжена трехканальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), программируемым процессором сигналов (ППС), синхронизатором, опорным генератором (ОГ), ЦВМ, в качестве антенны использована щелевая антенная решетка (ЩАР) моноимпульсного типа, механически закрепленная на гироплатформе гиростабилизированного привода антенны и функционально включающего в свой состав ДУПАгп и ДУПАвп а также двигатель прецессии гироплатформы в горизонтальной плоскости (ДПГгп), двигатель прецессии гироплатформы в вертикальной плоскости (ДПГвп) и микроцифровую вычислительную машину (микроЦВМ), причем ДУПАгп механически соединен с осью ДПГгп, а его выход через аналого-цифровой преобразователь (АЦПвп), соединен с первым входом микроЦВМ, ДУПАвп механически соединен с осью ДПГвп, а его выход через аналого-цифровой преобразователь (АЦПвп) соединен с вторым входом микроЦВМ, первый выход микроЦВМ соединен через цифроаналоговый преобразователь (ЦАПгп) с ДПГгп, второй выход микроЦВМ через цифроаналоговый преобразователь (ЦАПвп) соединен с ДПГвп, суммарный вход-выход циркулятора соединен с суммарным входом-выходом ЩАР, разностный выход ЩАР для диаграммы направленности в горизонтальной плоскости соединен с входом первого канала ПРМУ, разностный выход ЩАР для диаграммы направленности в вертикальной плоскости соединен с входом второго канала ПРМУ, выход циркулятора соединен с входом третьего канала ПРМУ, вход циркулятора соединен с выходом передатчика, выход первого канала ПРМУ соединен с входом первого канала (АЦП), выход второго канала ПРМУ соединен с входом второго канала АЦП, выход третьего канала ПРМУ соединен с входом третьего канала АЦП, выход первого канала АЦП соединен с первым входом (ППС), выход второго канала АЦП соединен с вторым входом ППС, выход третьего канала АЦП соединен с третьим входом ППС, первый выход синхронизатора соединен с первым входом передатчика, второй выход синхронизатора соединен с четвертым входом ПРМУ, третий выход синхронизатора соединен с входом (ОГ), четвертый выход синхронизатора соединен с четвертым входом АЦП, пятый выход синхронизатора соединен с четвертым входом ППС, первый выход ОГ соединен с вторым входом передатчика, второй выход ОГ соединен с пятым входом ПРМУ, причем ППС, ЦВМ, синхронизатор и микроЦВМ первой цифровой магистралью соединены между собой, ППС второй цифровой магистралью соединен с контрольно-проверочной аппаратурой (КПА), ЦВМ третьей цифровой магистралью соединена с КПА, ЦВМ соединена с четвертой цифровой магистралью для связи с внешними устройствами.
US 4665401 А, 12.05.1987 | |||
СПОСОБ СТРЕЛЬБЫ УПРАВЛЯЕМЫМ СНАРЯДОМ С ЛАЗЕРНОЙ ПОЛУАКТИВНОЙ ГОЛОВКОЙ САМОНАВЕДЕНИЯ | 2003 |
|
RU2247297C1 |
DE 3338191 A1, 04.02.1988 | |||
СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ | 1997 |
|
RU2124688C1 |
US 4898341 A, 06.02.1990 | |||
US 4381090 A, 26.04.1983. |
Авторы
Даты
2007-12-20—Публикация
2006-05-29—Подача