ГОЛОВКА САМОНАВЕДЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК F42B15/01 

Изобретение относится к головкам самонаведения (ГСН) и может быть использовано для формирования сигналов управления артиллерийскими снарядами и управляемыми ракетами.

Известна ГСН, описанная в книге «152-мм выстрел ЗВОФ64 (ЗВОФ93) с осколочно-фугасным управляемым снарядом ЗОФ30 и зарядом №1 (уменьшенным переменным зарядом)» М., «Военное издательство», 1990 г., с.35-44, включающая гирокоординатор цели, содержащий многоплощадочное фотоприемное устройство, гироскоп, обмотки управления и электронный блок. Электронный блок ГСН в свою очередь содержит в канале линейной следящей системы последовательно соединенные усилители, пиковые детекторы, схему суммо-разностной обработки, схему нормирования, логическую схему, а также сумматор и пороговое устройство, причем вход сумматора соединен с выходом усилителей, а выход его - со входом порогового устройства. В канале релейной следящей системы электронный блок содержит последовательно соединенные вторые усилители, второе пороговое устройство, вторую схему суммо-разностной обработки и формирователь выходных сигналов. В отличие от первой схемы суммо-разностной обработки, осуществляющей арифметические операции, вторая схема суммо-разностной обработки осуществляет логическое преобразование входных сигналов. Кроме этого, в состав электронного блока входят схема «ИЛИ», селектор, усилитель мощности и схема широтно-импульсного модулятора (ШИМ), являющаяся выходом головки самонаведения, причем входы схемы «ИЛИ» соединены с выходами первого и второго пороговых устройств, выход ее соединен со входом селектора, входы усилителя мощности соединены с выходами формирователя выходных сигналов и схемы нормирования, а выходы его соединены с обмотками управления гирокоординатора и входом схемы ШИМ, входы первых и вторых усилителей соединены с выходами многоплощадочного фотоприемного устройства, а выходы логической схемы соединены со входами многоплощадочного фотоприемного устройства и усилителей линейной следящей системы. При попадании импульса отраженного лазерного излучения от цели на одну из площадок многоплощадочного фотоприемного устройства (ФПУ) на выходе схемы «ИЛИ» формируется импульс, поступающий на вход селектора. После выполнения селекции входного сигнала на соответствие установленной частоте ГСН формирует сигнал «Захват» и переходит в режим обработки входного оптического сигнала. При попадании импульсов лазерного излучения на одну из периферийных площадок на выходе формирователя выходных сигналов вырабатывается сигнал рассогласования, поступающий через усилитель мощности в обмотки управления гирокоординатора. При этом гироскоп прецессирует, перемещая пятно рассеяния на центральные площадки, после чего релейный канал отключается. Амплитуды усиленных импульсов с выходов центральных площадок запоминаются пиковыми детекторами, схема суммо-разностной обработки формирует сигнал рассогласования, поступающий через усилители мощности на обмотки управления гирокоординатора, обеспечивающий удержание пятна рассеивания на центральных площадках ФПУ. Сигнал с выходов усилителя мощности поступает также на вход схемы ШИМ, на выходе которой формируется сигнал управления артиллерийским снарядом, пропорциональный сигналу рассогласования.

Недостатком рассмотренной ГСН является низкая надежность: при отказе одного элемента в канале линейной следящей системы (одного из чувствительных элементов фотоприемного устройства, усилителя или пикового детектора, а также конструктивных элементов, обеспечивающих передачу сигналов между ними) в команде управления снарядом появляется постоянная составляющая - ненуль, зависящий от угловой скорости цели и приводящий к промаху в условиях ограничения располагаемой перегрузки.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности функционирования ГСН в жестких условиях эксплуатации, обусловленных высокой перегрузкой при выстреле и значительными вибрационными ускорениями в процессе управления.

Указанная задача достигается тем, что в известную ГСН, содержащую гирокоординатор, включающий четырехплощадочный приемник излучения и обмотки управления, четыре канала обработки, включающие компаратор, последовательно соединенные усилитель и пиковый детектор, последовательно соединенные сумматор и таймер, последовательно соединенные первую схему суммо-разностной обработки и усилитель мощности, причем вход и выход усилителя являются первым входом и первым выходом канала обработки соответственно, второй вход и выход пикового детектора - вторым входом и вторым выходом канала обработки соответственно, выходы площадок четырехплощадочного приемника излучения соединены с первыми входами каналов обработки, входы сумматора соединены с первыми выходами каналов обработки, выход таймера соединен со вторыми входами каналов обработки, выходы блока усилителей мощности соединены выходами, являющимися выходами головки самонаведения, с обмоткам управления, дополнительно введены вторая схема суммо-разностной обработки, восемь ключей и четыре схемы «ИЛИ», в каждый канал обработки введены последовательно соединенные счетчик и триггер, причем вход компаратора соединен с выходом пикового детектора, первый и второй выходы которого соединены с одноименными входами счетчика, третий вход которого является третьим входом канала обработки, а выход триггера - третьим его выходом, второй выход первого канала обработки через первый ключ соединен с первым входом первой схемы суммо-разностной обработки, а через второй ключ - с первым входом второй схемы суммо-разностной обработки, второй выход второго канала обработки через третий ключ соединен со вторым входом первой схемы суммо-разностной обработки, а через четвертый ключ - со вторым входом второй схемы суммо-разностной обработки, второй выход третьего канала обработки через пятый ключ соединен с третьим входом первой схемы суммо-разностной обработки, а через шестой ключ - со третьим входом второй схемы суммо-разностной обработки, второй выход четвертого канала обработки через седьмой ключ соединен со четвертым входом первой схемы суммо-разностной обработки, а через восьмой ключ - с четвертым входом второй схемы суммо-разностной обработки, вторые входы первого и третьего ключей соединены с выходом первой схемы «ИЛИ», вторые входы пятого и седьмого ключей соединены с выходом второй схемы «ИЛИ», вторые входы второго и восьмого ключей соединены с выходом третьей схемы «ИЛИ», вторые входы четвертого и шестого ключей соединены с выходом четвертой схемы «ИЛИ», третий выход первого канала обработки соединен с первыми входоми первой и третьей схем ИЛИ, третий выход второго канала обработки соединен со вторым входом первой схемы ИЛИ и первым входом четвертой схемы ИЛИ, третий выход третьего канала обработки соединен с первым входом второй схемы ИЛИ и вторым входом четвертой схемы ИЛИ, третий выход четвертого канала обработки соединен со вторыми входами второй и третьей схем ИЛИ, а выход второй схемы суммо-разностной обработки соединен со вторым входом блока усилителей мощности.

Наличие дополнительных блоков позволяет тестировать каждый канал приемно-усилительного тракта ГСН в процессе функционирования, выявить неисправный канал и перейти в этом случае к формированию выходных сигналов по алгоритму, исключающему использование неисправного канала обработки.

Предлагаемое изобретение пояснено графическим материалом. На чертеже приведена структурная схема, где:

- 1 - четырехплощадочный приемник излучения (ФПУ);

- 2-5 - каналы обработки (каналы 1, 2, 3,4 соответственно);

- 6 - усилитель (У);

- 7 - компаратор (К);

- 8 - счетчик (Ст);

- 9 - пиковый детектор (ПД);

- 10 - триггер (Т);

- 11 - сумматор (Сумм);

- 12 - таймер;

- 13-16 - схемы ИЛИ (ИЛИ1-ИЛИ4 соответственно);

- 17-22, 24, 25 ключи (K1-К6, К7, К8 соответственно);

- 23, 26 - схема суммо-разностной обработки (СРО1, СРО2 соответственно);

- 27 - блок усилителей мощности (УМ);

- 28 - обмотки управления (ОУ).

Работает головка самонаведения следующим образом. При попадании отраженного от объекта импульса подсвета в поле зрения ГСН на выходах четырехплощадочного приемника излучения 1 формируются импульсы напряжения, пропорциональные энергии излучения, попавшей на каждую из четырех чувствительных площадок и поступают на первые входы первого - четвертого каналов обработки (блоки 2-5), а следовательно, на входы усилителей 6. Усиленные импульсы поступают на входы пиковых детекторов 9, где запоминаются до прихода следующего импульса подсвета. Кроме этого, эти импульсы через сумматор 11 запускают таймер 12, формирующий на выходе 2 импульс сброса пиковых детекторов 9, а на выходе 1 - тактовый импульс счетчика 8. При нормальном функционировании каналов обработки логическая единица с прямого выхода 1 компаратора 7 разрешает сброс счетчика 8, а все ключи (17-22, 24, 25) открыты и обеспечивают прохождение сигналов с выходов пиковых детекторов 9 на входы обеих схем суммо-разностной обработки (23, 26), формирующих при этом ортогональные сигналы:

Х=(а+в-с-d)/(а+в+с+d),

Y=(а-в-с+d)/(а+в+с+d),

где X, Y - выходные сигналы первой (23) и второй (26) схем суммо-разностной обработки - сигналы, пропорциональные смещению энергетического центра пятна относительно центра четырехплощадочного приемника излучения 1 по соответствующей оси координат,

где а, b, с, d - наименование сигналов в блоках 2, 3, 4, 5 соответственно.

Эти сигналы поступают через усилитель мощности 27 в соответствующие обмотки управления 28 магнитоэлектрического датчика моментов, осуществляя прецессию гироскопа в сторону уменьшения этого смещения. Сигналы на выходах усилителя мощности 27, являющиеся выходными ГСН, используются для управления рулевым приводом снаряда. При отказе одного из каналов приемно-усилительного тракта, включающего один из чувствительных элементов четырехплощадочного приемника излучения 1, усилитель 6, пиковый детектор 9, а также конструктивные элементы, обеспечивающие соединения между ними, импульсы на выходе соответствующего пикового детектора отсутствуют. Поскольку каждый канал, являясь усилителем переменного тока, не пропускает постоянную составляющую выходного напряжения, при отказе канала напряжение на выходе пикового детектора 9, а следовательно на входе компаратора 7, равно нулю. При этом на инверсном выходе компаратора 7 устанавливается уровень, разрешающий счет счетчика 8 тактовых импульсов с выхода 1 таймера 12. При переполнении счетчика 8 на его выходе возникает импульс, устанавливающий триггер 10 в состояние «1», тем самым фиксируя отказ канала. Объем счетчика 8 назначается из условия надежной оценки работоспособности канала (3-5 импульсов). При отказе, например, канала обработки 2 в состояние «1» устанавливается триггер 10 этого канала обработки. При этом сигнал с выхода триггера 10 поступает через схему ИЛИ1 13 на вторые входы первого 22 и третьего ключей 17, запрещая прохождение сигналов на входы 1 и 2 первой схемы суммо-разностной обработки 23, а через схему ИЛИ3 15 на вторые входы второго 25 и восьмого 19 ключей, запрещая прохождение сигнала на первый и второй входы второй схемы суммо-разностной обработки 26. При этом вычисления будут проводиться по формулам:

Х=(в-с)/(в+с), Y=(-c+d)/(c+d),

т.е. с исключением информации с неисправного канала.

Для случая отказа второго канала обработки 3 (при этом сигнал с выхода триггера 10 канала обработки 3 поступает через схему ИЛИ1 13 на вторые входы первого 22 и третьего ключей 17, запрещая прохождение сигналов на входы 1 и 2 первой схемы суммо-разностной обработки 23, а через схему ИЛИ4 16 - на вторые входы шестого 20 и четвертого 21 ключей, запрещая прохождение сигнала на третий и второй входы второй схемы суммо-разностной обработки 26.):

Х=(а-d)/(а+d), Y=(d-с)/(d+с).

Аналогично для случая отказа третьего канала обработки 4:

X=(a-d)/(a+d), Y=(b-a)/(b+a).

Для случая отказа четвертого канала обработки 5:

X=(b-c)/(b+c), Y=(b-a)/(b+a).

ГСН выполнена с применением стандартных микросхем. В качестве усилителей используются микросхемы 1557ХП4. Пиковый детектор реализован на операционных усилителях общего назначения серии 544. Цифровая часть может быть выполнена на микросхемах серии 533 либо на регистрах, входящих в состав однокристальной ЭВМ.

Изобретение относится к головкам самонаведения и может быть использовано для формирования сигналов управления артиллерийскими снарядами и управляемыми ракетами. Головка самонаведения содержит гирокоординатор, включающий четырехплощадочный приемник излучения и обмотки управления, четыре канала обработки, сумматор, таймер, две схемы суммо-разностной обработки, четыре элемента ИЛИ, восемь ключей и усилитель мощности. Каждый канал обработки содержит компаратор, последовательно соединенные усилитель и пиковый детектор, последовательно соединенные счетчик и триггер. Выходы площадок четырехплощадочного приемника излучения соединены с первыми входами каналов обработки. Входы сумматора соединены с первыми выходами каналов обработки. Выход таймера соединен со вторыми входами каналов обработки. Выходы блока усилителей мощности соединены выходами, являющиеся выходами головки самонаведения, с обмотками управления. Изобретение обеспечивает повышение надежности функционирования головки самонаведения в жестких условиях эксплуатации, обусловленных высокой перегрузкой при выстреле и значительными вибрационными ускорениями в процессе управления. 1 ил.

Головка самонаведения, содержащая гирокоординатор, включающий четырехплощадочный приемник излучения и обмотки управления, четыре канала обработки, включающие компаратор, последовательно соединенные усилитель и пиковый детектор, последовательно соединенные сумматор и таймер, последовательно соединенные первую схему суммо-разностной обработки и усилитель мощности, причем вход и выход усилителя являются первым входом и первым выходом канала обработки соответственно, второй вход и выход пикового детектора -вторым входом и вторым выходом канала обработки соответственно, выходы площадок четырехплощадочного приемника излучения соединены с первыми входами каналов обработки, входы сумматора соединены с первыми выходами каналов обработки, выход таймера соединен со вторыми входами каналов обработки, выходы блока усилителей мощности соединены выходами, являющимися выходами головки самонаведения, с обмотками управления, отличающаяся тем, что в нее введены вторая схема суммо-разностной обработки, восемь ключей и четыре схемы «ИЛИ», в каждый канал обработки введены последовательно соединенные счетчик и триггер, причем вход компаратора соединен с выходом пикового детектора, первый и второй выходы которого соединены с одноименными входами счетчика, третий вход которого является третьим входом канала обработки, а выход триггера - третьим его выходом, второй выход первого канала обработки через первый ключ соединен с первым входом первой схемы суммо-разностной обработки, а через второй ключ - с первым входом второй схемы суммо-разностной обработки, второй выход второго канала обработки через третий ключ соединен со вторым входом первой схемы суммо-разностной обработки, а через четвертый ключ - со вторым входом второй схемы суммо-разностной обработки, второй выход третьего канала обработки через пятый ключ соединен с третьим входом первой схемы суммо-разностной обработки, а через шестой ключ - с третьим входом второй схемы суммо-разностной обработки, второй выход четвертого канала обработки через седьмой ключ соединен с четвертым входом первой схемы суммо-разностной обработки, а через восьмой ключ - с четвертым входом второй схемы суммо-разностной обработки, вторые входы первого и третьего ключей соединены с выходом первой схемы «ИЛИ», вторые входы пятого и седьмого ключей соединены с выходом второй схемы «ИЛИ», вторые входы второго и восьмого ключей соединены с выходом третьей схемы «ИЛИ», вторые входы четвертого и шестого ключей соединены с выходом четвертой схемы «ИЛИ», третий выход первого канала обработки соединен с первыми входами первой и третьей схем «ИЛИ», третий выход второго канала обработки соединен со вторым входом первой схемы «ИЛИ» и первым входом четвертой схемы «ИЛИ», третий выход третьего канала обработки соединен с первым входом второй схемы «ИЛИ» и вторым входом четвертой схемы «ИЛИ», третий выход четвертого канала обработки соединен со вторыми входами второй и третьей схем «ИЛИ», а выход второй схемы суммо-разностной обработки соединен со вторым входом блока усилителей мощности.