СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОМАНДЫ НА ЗАЩИТУ ОБЪЕКТА ОТ ПРИБЛИЖАЮЩЕЙСЯ К НЕМУ ЦЕЛИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2013 года по МПК F41H11/02 G01S13/04 

Изобретения относятся к радиолокационной технике и могут быть использованы при создании комплексов активной защиты объектов, в частности комплексов защиты самолетов от приближающихся к ним ракет.

Известен способ формирования команды на пуск защитного боеприпаса и устройство для его реализации по патенту RU 2374597, МПК F41H 11/02.

Известный способ формирования команды на пуск защитного боеприпаса (осколочно-фугасного снаряда (ОФС)), изначально совмещенного с РЛС и защищаемым объектом и выстреливаемого в необходимый момент времени в предполагаемую точку пространства для встречи через известное время после выстрела с целью (противотанковым снарядом (ПТС)), приближающейся к РЛС, заключается в том, что импульс-команду на пуск ОФС формируют только при совпадении во времени моментов выдачи команд на пуск защитного боеприпаса, определяемых на разнесенных в пространстве РЛС, по началу возникновения и обнаружения на них сигнала с частотой Fдо=2Vofo/С, когда цель будет находиться на удалении от РЛС, равном Do+(Vi/Vo)Do, где

fo - средняя частота излучаемого непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону,

Vo, Vi, С - соответственно радиальные скорости ОФС и ПТС и скорость света,

Do - расстояние от РЛС до предполагаемой точки встречи ОФС с ПТС.

Известный способ реализован в виде устройства формирования команды на пуск ОФС, выполненного в виде двух разнесенных в пространстве РЛС определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса (далее РЛС), выходы которых подключены к входам блока совпадения, при этом каждая из РЛС содержит приемо-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика, а выход - к входу фильтра разностных частот, а также обнаружитель сигналов узкополосного спектра частот, выход которого подключен к выходной шине, а вход - к выходу фильтра разностных частот и который содержит последовательно соединенные генератор сигнала непрерывной частоты, второй смеситель, широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель, узкополосный полосовой фильтр, амплитудный детектор, компаратор и формирователь импульса.

Однако данное устройство надежно работает только с целями узкого диапазона скоростей перемещения.

Целью изобретений является расширение функциональных возможностей устройств формирования команды на защиту объекта от приближающейся к нему цели.

Поставленная цель достигается за счет формирования команды на защиту объекта от приближающейся к нему цели в широком диапазоне скоростей их сближения.

На фиг.1 и 2 приведены блок-схема устройства формирования команды на защиту объекта от приближающейся к нему цели и рисунки, поясняющие ее работу.

Устройство формирования команды на защиту объекта от приближающейся к нему цели содержит две РЛС 1 и 2 определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса, срабатывающий по фронту фазовый детектор 3 с запоминанием знака, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно РЛС 1 и 2, а выходы соответственно через третий и четвертый счетчики 6 и 20 к первым входам третьего и четвертого элементов И 17 и 18, а также через элемент ИЛИ 4 к входу регистра 5 сдвига и входам элементов И 7 и 8, вторые входы которых подключены к выходу генератора 9 импульсов, первый выход регистра 5 сдвига через третий вход элемента И 8 подключен к первому счетчику 12, выходы которого подключены к входам делителя 13, второй выход регистра 5 сдвига через элемент 10 задержки подключен к входам сброса регистра 5 сдвига и счетчиков 11, 12, 6 и 20, а также через третий вход элемента И 7 подключен к второму счетчику 11, выходы которого подключены к вторым входам делителя 13, выходы делителя 13 подключены к входам цифрового компаратора 15, вторые входы которого подключены к шинам 14 установки цифрового числа, а выход через элементы И 17 и 18 к выходным шинам 16 и 19.

Рассмотрим, в том числе на примере, работу устройства формирования команды на защиту объекта (самолета) от приближающейся к нему цели (ракеты) (фиг.1 и 2).

Пусть через приемо-передающие антенны РЛС 1 и РЛС 2, установленных, например, на крыльях самолета, на расстоянии ДД₁=10 м друг от друга излучают непрерывные сигналы с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, с параметрами сигнала, например, Fm=10 кГц, dfm=50 мГц, fo=100 ГГц, выбранными при Do=30 м и Vo=150 м/с, а также при скорости сближения самолета с ракетой Vc+Vp=2000 м/c или 90 м/с и опорным сигналом 2100 кГц=21Fдо, поступающим на низкочастотные смесители РЛС.

Преобразованные в высокочастотных смесителях РЛС и отфильтрованные фильтрами разностных частот сигналы смешиваются в низкочастотных смесителях РЛС с сигналом частотой 2100 кГц и преобразуются в сигналы, например, частотой в 200(±)0,5 кГц, попадающие в полосу пропускания (от 183 кГц до 220,5 кГц) широкополосных фильтров РЛС, и далее преобразуются усилителями-ограничителями в меандр, из которого узкополосными полосовыми фильтрами РЛС, имеющими полосу пропускания от 4189,5 кГц до 4210,5 кГц, выделяют только пусть 21-ю гармонику сигнала частотой [4200 кГц(±)10,5 кГц]. Сигналы после узкополосных полосовых фильтров преобразуются амплитудными детекторами РЛС в постоянное напряжение и сравниваются на компараторах с опорными напряжениями. При превышении амплитуд входных сигналов над опорными на выходах РЛС формируются короткие импульсы.

Тогда если ракета и самолет сближаются со скоростью Vсбл=2000 м/с (фиг.2а) и перемещаются параллельными курсами (объекты сближаются с промахом (АД=60 м, АД₁=50 м)), то после смешивания в высокочастотном смесителе РЛС 1 отраженного и излученного сигналов будут сформированы сигналы частотой

Fp_1089,594=[(2 Д₁C₁) Fm dfm/С]-(2V₂₀₀₀ fo Cos2,63015/С)=2300 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 1 на Д₁С₁=50/Sin2,63015=1089,594 м,

Fp_969,476=[(2 Д₁В₁) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo Cos2,9563/С)=1900 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 1 на Д₁В₁=50/Sin2,9563=969,476 м,

а на выходе высокочастотного смесителя РЛС 2 сигналы частотой

Fp_1089,411=[(2 ДС) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo Cos3,1572/С)=2300 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 2 на ДС=60/Sin3,1572=1089,411 м,

Fp_969,272=[(2 ДВ) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo Cos3,549/С)=1900 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 2 на ДВ=60/Sin3,549=969,272 м.

При этом импульсы на выходах РЛС 1 и РЛС 2 появятся сначала через интервал времени t₁=CC₁/2000 (м/c)=√Д₁C₁ ²-50²-√Д₁C₁ ²-60²=0,689 м/2000 (м/с)=0,0003445 с, а затем через интервал времени t₂=BB₁/2000 (м/c)=0,773 м/2000 (м/с)=0,0003865 с.

Короткие импульсы с выходов РЛС 1 и РЛС 2 поступают на входы срабатывающего по фронту фазового детектора 3 с запоминанием знака (см. У.Титце, К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника, М., Мир, стр.493-495) и преобразуются в импульсы, по длительности соответствующие длительностям интервалов времени t₁ и t₂ и которыми, через элемент ИЛИ 4, регистр 5 сдвига переводится из одного состояния в другое. Так, импульсом, соответствующим интервалу t₁, регистр 5 сдвига устанавливается в состояние с потенциалом на его первом выходе, позволяющим в счетчик 12 произвести запись счетных импульсов, вырабатываемых генератором 9 импульсов, и поступающим на его вход через открытый первый элемент И 8. Импульсом же, соответствующим интервалу t₂, регистр 5 сдвига устанавливается в состояние с потенциалом на его втором выходе, позволяющим в счетчик 11 произвести запись счетных импульсов, поступающих на его вход через открытый второй элемент И 7. Следует отметить, что в счетчики 12 и 11 будет записано количество импульсов, пропорциональное длительностям интервалов времени t₁ и t₂. Цифровое число, сформированное на выходе делителя 13 и соответствующее отношению t₂/t₁=1,1219, сравнивается на цифровом компараторе 15 с известным цифровым числом, соответствующим, например, величине 1,1. В данном случае, т.е. когда отношение t₂/t₁=1,1219 больше числа 1,1, на выходе цифрового компаратора 15 будет сформирован низкий потенциал, который не позволит высокому потенциалу с выхода третьего счетчика 6 в качестве импульс-команды пройти на выход элемента И 17. То есть команды, например, на проведение маневра самолета или на катапультирование летчика выдано не будет, так как ракета летит мимо самолета.

Пусть ракета точно летит в антенну РЛС 2 (ББ₁=50 м, ББ₂=60 м, PP₁=44,445 м, РР₂=54,445 м) (фиг.2б). Тогда после смешивания в высокочастотном смесителе РЛС 2 отраженного и излученного сигналов будут сформированы сигналы

Fp₁₀₉₀=[(2 ДБ)Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo/С)=2300 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 2 на ДБ=1090 м,

Fp₉₇₀=[(2 ДР)Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo/С)=1900 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 2 на ДР=970 м,

а на выходе высокочастотного смесителя РЛС 1 сигналы примерно частотой

Fp_1090,504=[(2 Д₁Б) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo CosДБД₁/С)=2301,737 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 1 на Д₁Б=1090,504 м,

Fp_970,51=[(2 Д₁Р) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ to Cos(ДРД₁)/С)=1901,757 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 1 на Д₁Р=970,51 м.

При этом импульсы на выходах РЛС 2 и РЛС 1 появятся сначала примерно через интервал времени t₃=(1090,504 м - 1090 м)/2000 (м/с)=0,000252 с, а затем через интервал времени t₄=(970,51 м - 970 м)/2000 (м/с)=0,000255 с.

В данном случае отношение t₄/t₃=1,012 меньше числа 1,1 и на выходе цифрового компаратора 15 будет сформирован высокий потенциал, который позволит высокому потенциалу с выхода третьего счетчика в качестве импульс-команды пройти на выход элемента И 18, так как ракета летит точно в самолет.

Пусть ракета и самолет сближаются со скоростью Vсбл=90 м/с (фиг.2а) и перемещаются параллельными курсами (объекты сближаются с промахом (АД=60 м, АД₁=50 м)), тогда после смешивания в высокочастотном смесителе РЛС 1 отраженного и излученного сигналов будут сформированы сигналы частотой

Fp_707,945=[(2 Д₁С₁) Fm dfm/С]-(2 V₉₀ fo Cos4,05/С)=2300 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 1 на Д₁С₁=50/Sin4,05=707,945 м,

Fp_587,938=[(2 Д₁В₁) Fm dfm/С]-(2 V₉₀ fo Cos4,8785/С)=1900 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 1 на Д₁В₁ 50/Sin4,8785=587,938 м,

а на выходе высокочастотного смесителя РЛС 2 сигналы частотой

Fp_707,95=[(2 ДС) Fm dfm/С]-(2 V₉₀ fo Cos4,86175/С)=2300 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 2 на ДС=60/Sin4,86175=707,95 м,

Fp_587,89=[(2 ДВ) Fm dfm/С]-(2 V₉₀ fo Cos5,8578/С)=1900 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 2 на ДВ=60/Sin5,8578=587,89 м.

При этом импульсы на выходах РЛС 1 и РЛС 2 появятся сначала через интервал времени t_1-1=CC₁/90 (м/c)=√Д₁C₁ ²-50²-√Д₁C₁ ²-60²=0,774 м/90 (м/с)=0,000387 с, а затем через интервал времени t_2-1=BB₁/90 (м/c)=0,988 м/90 (м/с)=0,000494 с.

Цифровое число, сформированное на выходе делителя 13 и соответствующее отношению t_2-1/t_1-1=1,276, будет больше числа 1,1 и на выходе цифрового компаратора 15 будет сформирован низкий потенциал, который не позволит высокому потенциалу с выхода третьего счетчика 6 в качестве импульс-команды пройти на выход элемента И 17.

Пусть ракета точно летит в антенну РЛС 2 (ББ₁=50 м, ББ₂=60 м, PP₁=41,525 м, РР₂=51,525 м) (фиг.2б). Тогда после смешивания в высокочастотном смесителе РЛС 2 отраженного и излученного сигналов будут сформированы сигналы

Fp₇₀₈=[(2 ДБ) Fm dfm/С]-(2 V₉₀ fo/С)=2300 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 2 на ДБ=708 м,

Fp₅₈₈=[(2 ДР) Fm dfm/С]-(2 V₉₀ fo/С)=1900 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 2 на ДР=588 м,

а на выходе высокочастотного смесителя РЛС 1 сигналы примерно частотой

Fp_708,776=[(2 Д₁Б) Fm dfm/С]-(2 V₉₀ fo CosДБД₁/С)=2302,596 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 1 на Д₁Б=708,776 м,

Fp_588,791=[(2 Д₁Р) Fm dfm/С]-(2 V₉₀ fo Cos(ДРД₁)/С)=1902,646 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 1 на Д₁Р=588,791 м.

При этом импульсы на выходах РЛС 2 и РЛС 1 появятся сначала примерно через интервал времени t_3-1=(708,776 м - 708 м)/2000 (м/с)=0,000388 с, а затем через интервал времени t_4-1=(588,791 м - 588 м)/2000 (м/c)=0,0003955 с.

В данном случае отношение t_4-1/t_3-1=1,019 меньше числа 1,1 и на выходе цифрового компаратора 15 будет сформирован высокий потенциал, который позволит высокому потенциалу с выхода третьего счетчика 6 в качестве импульс-команды пройти на выход элемента И 18, так как ракета летит точно в самолет.

Из сказанного можно сделать вывод, что формирование импульс-команды предлагаемым способом не зависит от скорости сближения самолета с ракетой.

Рассмотрим, зависит ли формирование импульс-команды предлагаемым способом от расстояния между курсовыми направлениями объектов.

Пусть ракета и самолет сближаются со скоростью Vсбл=2000 м/с (фиг.2а) и перемещаются параллельными курсами (объекты сближаются с промахом (АД=310 м, АД₁=300 м)). Тогда после смешивания в высокочастотном смесителе РЛС 1 отраженного и излученного сигналов будут сформированы сигналы частотой

Fp_1074,077=[(2 Д₁C₁) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo Cos16,219/C)=2300 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 1 на Д₁С₁=300/Sin16,219=1074,077 м,

Fp_949,526=[(2 Д₁В₁) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo Cos18,418/С)=1900 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 1 на Д₁В₁=300/Sin18,418=949,526 м,

а на выходе высокочастотного смесителя РЛС 2 сигналы частотой

Fp_1072,919=[(2 ДС) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo Cos16,794/С)=2300 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 2 на ДС=310/Sin16,794=1072,919 м,

Fp_948,011=[(2 ДВ) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo Cos19,087/С)=1900 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 2 на ДВ=310/Sin19,087=948,011 м.

При этом импульсы на выходах РЛС 1 и РЛС 2 появятся сначала через интервал времени t_1-2=4,171 м/2000 (м/с)=0,0020855 с, а затем через интервал времени t_2-2=4,995/2000 (м/с)=0,0024975 с. В данном случае отношение t_2-2/t_1-2=1,1976 больше числа 1,1 и импульс-команды на выходе элемента И 17 сформировано не будет.

Пусть ракета точно летит в антенну РЛС 2 (ББ₁=300 м, ББ₂=310 м, PP₁=266,972 м, PP₂=276,972 м) (фиг.2б). Тогда после смешивания в высокочастотном смесителе РЛС 2 отраженного и излученного сигналов будут сформированы сигналы

Fp₁₀₉₀=[(2 ДБ) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo/С)=2300 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 2 на ДБ=1090 м,

Fp₉₇₀=[(2 ДР) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo/С)=1900 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 2 на ДР=970 м,

а на выходе высокочастотного смесителя РЛС 1 сигналы примерно частотой

Fp_1092,795=[(2 Д₁Б) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo CosДБД₁/С)=2309,660 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 1 на Д₁Б=1092,795 м,

Fp_972,8=[(2 Д₁Р) Fm dfm/С]-(2 V₂₀₀₀ fo Cos(ДРД₁)/С)=1909,677 кГц, при удалении ракеты от антенны РЛС 1 на Д₁Р=972,8 м.

При этом импульсы на выходах РЛС 2 и РЛС 1 появятся сначала примерно через интервал времени t_3-2=(1092,795 м - 1090 м)/2000 (м/с)=0,0013975 с, а затем примерно через интервал времени t_4-2=(972,8 м - 970 м)/2000 (м/с)=0,0014 с.

В данном случае отношение t_4-2/t_3-2=1,002 меньше числа 1,1 и на выходе цифрового компаратора 15 будет сформирован высокий потенциал, который позволит высокому потенциалу с выхода третьего счетчика 6 в качестве импульс-команды пройти на выход элемента И 18, так как ракета летит в самолет.

Из сказанного можно сделать вывод, что формирование импульс-команды предлагаемым способом не зависит от расстояния между курсовыми направлениями перемещения объектов.

Следует отметить, что в случае (фиг.2а), когда ракета приближалась бы к самолету справа, то импульс-команда могла бала бы быть сформирована на выходе элемента И 17, а когда слева (фиг.2б), то на выходе элемента И 18. То есть формирование импульс-команды предлагаемым способом позволяет определить знак курсового отклонения объектов друг от друга и соответственно направление необходимого маневра самолета.

После решения вопроса с формированием импульс-команды, потенциалом с выхода регистра 5 сдвига, через элемент 10 задержки, в исходное состояние устанавливаются регистр 5 сдвига и счетчики 11, 12, 6 и 20.

Очевидно, что предлагаемый способ формирования команды на защиту объекта от приближающейся к нему цели позволяет создать устройство с расширенными эксплуатационными характеристиками и функциональными возможностями.

Изобретения относятся к области радиолокационной техники. Способ формирования команды на защиту объекта от приближающейся к нему цели заключается в определении отношения интервала времени между началами формирования на совмещенных с объектом двух РЛС сигналов разностной частоты N 2Vofo/C к интервалу времени между началами формирования на обоих РЛС сигналов разностной частоты (N+4)2Vofo/C, где N - число, большее 1, fo - средняя частота излучаемого непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону; C, Do, Vo, Fm, dfm, - известные скорость света и расстояние, скорость, частота модуляции и девиация частоты, выбираемые из условия Do/Vb=fo/Fm dfm. При этом команда на защиту формируется, когда указанное отношение меньше заранее установленного числа. Устройство формирования команды на защиту объекта от приближающейся к нему цели содержит совмещенные с объектом две РЛС определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса, срабатывающий по фронту фазовый детектор с запоминанием знака, регистра сдвига, четыре элемента И, элемент ИЛИ, генератор импульсов, четыре счетчика, делитель, элемент задержки и цифровой компаратор. Технический результат заключается в обеспечении возможности расширения функциональных возможностей устройств формирования команды на защиту объекта от приближающейся к нему цели. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ формирования команды на защиту объекта от приближающейся к нему цели, заключающийся в определении моментов времени, устанавливаемых по началу возникновения и обнаружения на разнесенных в пространстве и совмещенных с объектом двух радиолокационных станциях (РЛС) сигналов разностной частоты, отличающийся тем, что нужного знака команду на защиту объекта от приближающейся к нему цели формируют только тогда, когда отношение интервала времени между началами формирования на обоих РЛС сигналов разностной частоты N 2Vofo/C,
где N - число, значительно большее 1;
fo - средняя частота излучаемого непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону;
C, Do, Vo, Fm, dfm - известные: скорость света, расстояние и скорость, частота модуляции и девиация частоты, выбираемые из условия Do/Vo=fo/Fm dfm,
к интервалу времени между началами формирования на обоих РЛС сигналов разностной частоты (N+4)2Vofo/C, будет меньше заранее установленного числа.

2. Устройство формирования команды на защиту объекта от приближающейся к нему цели, содержащее совмещенные с объектом две радиолокационные станции определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса (РЛС), отличающееся тем, что в него введены срабатывающий по фронту фазовый детектор с запоминанием знака, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первой и второй РЛС, а выходы соответственно через третий и четвертый счетчики к первым входам третьего и четвертого элементов И и через элемент ИЛИ к входу регистра сдвига и входам первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу генератора импульсов, первый выход регистра сдвига через третий вход первого элемента И подключен к первому счетчику, выходы которого подключены к вторым входам делителя, второй выход регистра сдвига через элемент задержки подключен к входам сброса, регистра сдвига и первого, второго, третьего и четвертого счетчиков, а также через третий вход второго элемента И подключен к второму счетчику, выходы которого через делитель подключены к входам цифрового компаратора, вторые входы которого подключены к шинам установки цифрового числа, а выход через третий и четвертый элементы И к выходным шинам.