АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГОЛОВОК САМОНАВЕДЕНИЯ РАКЕТ Российский патент 2014 года по МПК G01R29/00 

Изобретение относится к области радиотехнических измерений и может быть использовано для экспериментальной оценки радиотехнических характеристик (РТХ) головок самонаведения (ГСН), содержащих антенну, защищаемую радиопрозрачным обтекателем.

Для обеспечения необходимой точности наведения ракеты на цель требуется с высокой точностью определять пеленгационные ошибки, вносимые радиопрозрачным обтекателем, и изменение коэффициента прохождения мощности сигналов при различных взаимных угловых положениях радиооптической оси защищаемой пеленгационной антенны ГСН и строительной оси (оси симметрии - далее, оси) антенного обтекателя.

Известны устройства для измерения РТХ ГСН, содержащие опорно-поворотное устройство (ОПУ) для взаимного перемещения обтекателя относительно пеленгационной антенны, датчики положения обтекателя, размещаемые перед пеленгационной антенной вспомогательные излучающие антенны (имитаторы цели), источник зондирующих сигналов, подаваемых на вспомогательные антенны (имитаторы цели) и измерительную аппаратуру, подключаемую к суммарному и разностным (по курсу и тангажу) выходам пеленгационной антенны.

Примерами могут служить измерительные устройства по изобретениям SU 459744, RU 2133478, RU 2287834.

Общими недостатками известных устройств является низкая точность и недостаточная полнота оценки РТХ ГСН в секторе сканирования пеленгационной антенны ГСН.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство по патенту RU 2287834С1.

Недостатками данного устройства, принимаемого в качестве ближайшего аналога по отношению к заявленному техническому решению, являются:

1) низкая точность оценки пеленгационных ошибок, вносимых обтекателем при его различных угловых положениях относительно пеленгационной антенны, вследствие применения комбинированного экспериментально-расчетного метода оценки измеряемых характеристик;

2) отсутствие первоначальной калибровки (аттестации) измерительной установки;

3) отсутствие учета пеленгационных ошибок по ортогональной координате (по тангажу - при перемещении обтекателя в направлении курсовой плоскости);

4) отсутствие возможности измерений РТХ во всем секторе сканирования;

5) низкая производительность измерений.

Целью заявленного решения является устранение недостатков аналога.

Указанная цель и заявленный технический результат достигаются тем, что автоматизированная система для измерения РТХ ГСН содержит дистанционно управляемое двухкоординатное ОПУ 1, содержащее датчики углового положения обтекателя по курсу «α» и по тангажу «β» и обеспечивающее угловое перемещение обтекателя 2 относительно неподвижной пеленгационной антенны ГСН 3 по координатам «α» и «β» в пределах штатного сектора сканирования (α₁-α₂, β₁-β₂) антенны ГСН 3 относительно оси обтекателя 2 в составе ГСН, измерительные антенны 4.1÷4.5 (имитаторы цели), размещаемые в дальней зоне антенны ГСН, одна из которых 4.1 предварительно устанавливается в точке равносигнального направления (РСН) антенны ГСН 3, а другие (4.2÷4.4) размещаются в плоскости XY, ортогональной исходному РСН антенны ГСН 3 на расстояниях (±L_x1) и (+L_y1) от первой из указанных антенн - 4.1 (в обе стороны - по курсу «α» и тангажу «β»), эквивалентных максимальным значениям пеленгационных ошибок «γ_x» и «γ_y» по курсу и тангажу, подлежащих измерениям, каждая измерительная антенна 4.1÷4.5 подключается к соответствующему коммутируемому выходу программно управляемого генератора 5 - источника зондирующих излучений, суммарный A_Σ и разностные (A_α и A_β) выходы антенны ГСН 3 подключены к соответствующим входам измерительных устройств 6.1 и 6.2, обеспечивающих измерение амплитудно-фазовых соотношений сигналов с выходов разностных каналов антенны ГСН 3 по отношению к сигналам с суммарного выхода антенны ГСН, а также к устройству 6.3, обеспечивающему измерение относительных значений А_Σ амплитуды сигнала с суммарного выхода А_Σ антенны ГСН 3 по отношению к амплитуде опорного сигнала А_оп, ответвленного от выхода А_оп генератора 5 - источника зондирующего излучения, выходы датчиков α и β ОПУ 1 и выходы А_α, Ф_α, А_β, Ф_β, А_Σ измерительных устройств 6.1, 6.2 и 6.3 подключены через интерфейсные шины к управляющему компьютеру 7 измерительной системы, управляющие выходы которого подключены к входам α и β дистанционно управляемых приводов ОПУ 1 по курсу «α» и тангажу «β», а также к входу программно-управляемого генератора 5 (в том числе - для управления коммутацией зондирующих сигналов, подаваемых поочередно на измерительные антенны 4.1÷4.5).

Устройство заявленной измерительной системы поясняется на фиг.1, где соответствующими номерами указаны составные части системы, перечисленные выше, а также приведены существенные конструктивные связи между составными частями, обеспечивающие реализацию заявленного технического эффекта.

Заявленная измерительная система фиг.1 имеет несколько режимов работы и несколько модификаций ее технической реализации:

1) режим калибровки;

2) режим измерений РТХ с неподвижными измерительными антеннами (имитаторами цели);

3) режим измерений РТХ с подвижной измерительной антенной;

4) режим измерений РТХ на промежуточной частоте ГСН.

Работа в режиме калибровки измерительной системы фиг.1 производится при снятом обтекателе 2. С помощью вспомогательных средств (например, подвижного штатива с подвижным креплением измерительной антенны 4.1) измерительная антенна 4.1 устанавливается на РСН пеленгационной антенны ГСН 3 по курсу «α₀» и тангажу «β₀». Установка измерительной антенны 4.1 производится путем постоянной подачи на нее зондирующих сигналов с выхода генератора 5 и анализа текущих значений амплитуд А_α и А_β с выходов разностных каналов пеленгационной антенны ГСН 3, измеряемых с помощью измерителей амплитудных и фазовых соотношений (далее - амплифазометров АФ) (измерительные устройства 6.1 и 6.2). На основе этих измерений при нахождении измерительной антенны 4.1 на РСН «β₀» по тангажу и в процессе последовательного перемещения этой измерительной антенны 4.1 по координате X (копланарной курсовой плоскости «α_i, β₀») в обе стороны от РСН «α₀» по курсу будут получены амплитудная и фазовая диаграммы разностного канала антенны ГСН 3 по курсу А_а(l_x) и Ф_α(l_x), характерный вид которых приведен на фиг.2. Амплитудная и фазовая диаграммы А_β(l_y) и Ф_β(l_y) будут получены аналогичным образом при постоянном нахождении измерительной антенны 4.1 на РСН по курсу α₀ и при перемещении измерительной антенны 4.1 в ортогональном направлении ±Y, копланарном плоскости тангажа β_i. Формы диаграмм по курсу и тангажу (при симметрии антенны ГСН 3) будут аналогичны фиг.2.

Расстояния (+l_x) и (-l_x) соответствуют крайним точкам линейного участка фазовой диаграммы фиг.2 разностного канала по курсу. Аналогично, для тангажа получим расстояния (+l_y) и (-l_y).

Расстояние R между фазовым центром пеленгационной антенны ГСН 3 и фазовым центром измерительной антенны 4.1 должно удовлетворять условиям дальней зоны, т.е. по известному из антенной техники и техники антенных измерений соотношению должно удовлетворять условию:

$$R>\frac{2D^2}{\lambda }\text{ (1)}$$

где R - расстояние между фазовым центром пеленгационной антенны ГСН 3 и фазовым центром измерительной антенны 4.1 (плоскостью расположения фазовых центров измерительных антенн 4 - при нескольких антеннах в составе системы);

D - максимальный размер раскрыва апертуры антенны ГСН 3;

λ - длина волны излучения, на которой работает ГСН.

Исходя из известного расстояния R между фазовыми центрами пеленгационной антенны ГСН 3 и измерительной антенны 4.1 отклонения от РСН на величину (±l_x1) по курсу n на величину (±l_y1) по тангажу при измерении калибровочных диаграмм фиг.2 по курсу (аналогичной - по тангажу) соответствуют угловым отклонениям линии пеленга от РСН на величины (±γ_α1) и (±γ_β1), определяемые по известным тригонометрическим соотношениям:

$$\{\begin{array}{c}{\gamma }_{\alpha 1}=arctg\frac{l_{x1}}{R};\\ {\gamma }_{\beta 1}=arctg\frac{l_{y1}}{R}.\end{array}\text{ (2)}$$

Из соотношений (2) следует, что если ожидаемые максимальные значения пеленгационных ошибок (γ_αmax) или (γ_βmax), вносимых обтекателем 2, не превышают значений γ_α1 и γ_β1 по соотношению (2), то в составе измерительной системы фиг.1 не требуется применять дополнительные измерительные антенны 4.2 и 4.3 по координате X или 4.4 и 4.5 по координате Y, соответственно.

Если ожидаемые значения пеленгационных ошибок (γ_αmax) или (γ_βmax) превышают значения, получаемые по соотношению (2) на основе калибровочных амплитудных и фазовых диаграмм разностных каналов фиг.2, то в соответствующих направлениях сканирования обтекателя 2 необходимо устанавливать дополнительные измерительные антенны 4.

Количество дополнительных измерительных антенн, которые необходимо разместить в этом случае по каждую сторону от основной измерительной антенны 4.1, будет определяться максимальным значением измеряемой пеленгационной ошибки по курсу и тангажу, соответственно. Соотношение для выбора количества дополнительных измерительных антенн по курсу в направлении (±X) (аналогично - по тангажу в направлении Y) будет иметь вид:

$$n(+x)=n(-x)\ge \frac{{\gamma }_{\alpha \max }-\mathrm{0,5}{\gamma }_{\alpha 1}}{{\gamma }_{\alpha 1}};\text{ (3)}$$

где γ_α1 - угловая ширина амплитудной диаграммы разностного канала фиг.2, соответствующая линейному участку фазовой диаграммы этого же канала;

n(+x), n(-x) - количество дополнительных измерительных антенн, располагаемых по обе стороны от основной измерительной антенны 4.1 (целые числа).

Калибровочные амплитудные и фазовые диаграммы разностных каналов по курсу и тангажу фиг.2, полученные указанным способом, заносятся в память управляющего компьютера 7 в виде таблиц:

$$\{\begin{array}{c}{\gamma }_{\alpha }=f_{\alpha }(U_{\alpha },{Ф}_{\alpha });\\ {\gamma }_{\beta }=f_{\beta }(U_{\beta },{Ф}_{\beta }).\end{array}\text{ (4)}$$

Достоинством таких таблиц является то, что (в зависимости от реализуемой точности измерения амплитудных (U_α, U_β) и фазовых (Ф_α, Ф_β) соотношений сигналов на выходе разностных каналов) определение значений пеленгационных ошибок можно производить на основе амплитудных и фазовых или на основе только фазовых диаграмм разностных каналов фиг.2. В первом случае основой является амплитудная диаграмма γ_α(U_α), а фазовая диаграмма лишь используется для определения направления смещения линии пеленга (плюс Ф_α или минус Ф_α).

При необходимости дальнейшего повышения точности может быть произведена дополнительная калибровка амплитудно-фазовых диаграмм разностных каналов фиг.2 при надетом обтекателе. В этом случае после установки обтекателя 2 на ОПУ 1 для нескольких угловых положений α_i обтекателя 2 производится оценка величины пеленгационной ошибки $${\gamma }_{\alpha i}^p$$ по диаграммам фиг.2 (на основе измеренных значений U_αi и Ф_αi), а после этого измерительная антенна 4.1 указанным ранее способом перемещается в результирующее положение РСН l_xi. На основе соотношения (2) определяется фактическое значение пеленгационной ошибки $${\gamma }_{\alpha i}^{П}$$ , которое сравнивается с расчетным значением $${\gamma }_{\alpha i}^p$$ , полученным на основе калибровочных амплитудно-фазовых диаграмм (4). Разность этих значений будет определять методическую погрешность Δγ измерений при неподвижных измерительных антеннах 4:

$$\Delta \gamma \alpha =\left|{\gamma }_{\alpha ш}^{з}-{\gamma }_{\alpha i}^{П}\right|;\text{ (5)}$$

где Δγα - значение погрешности измерений методом неподвижных измерительных антенн;

$${\gamma }_{\alpha i}^p$$ - значение пеленгационной ошибки, полученное для положения обтекателя «α_i» на основе калибровочных диаграмм (4);

$${\gamma }_{\alpha i}^{П}$$ - значение пеленгационной ошибки для того же положения обтекателя,

полученное перемещением измерительной антенны 4.1 на результирующее РСН (прямым методом).

Работа измерительной системы в режиме измерений пеленгационных ошибок и коэффициента прохождения при неподвижных измерительных антеннах осуществляется следующим образом.

По результатам калибровки в памяти управляющего компьютера 7 формируются калибровочные зависимости пеленгационных ошибок от значений амплитуды и фазы в разностных каналах, а также зависимости значений амплитудной диаграммы суммарного канала при угловых смещениях от исходного направления пеленга:

$$\{\begin{array}{c}{\gamma }_{\alpha }=f_{\alpha }(U_{\alpha },{Ф}_{\alpha });\\ {\gamma }_{\beta }=f_{\beta }(U_{\beta },{Ф}_{\beta });\\ U_{{\displaystyle \sum \alpha }}=f_1({\gamma }_{\alpha });\\ U_{{\displaystyle \sum \beta }}=f_1({\gamma }_{\beta });\end{array}\text{ (6)}$$

где уα и уβ - калибровочные таблицы (4);

$$U_{{\displaystyle \sum \alpha }}$$ , $$U_{{\displaystyle \sum \beta }}$$ - относительные значения амплитуд сигналов на выходе суммарного канала, полученные при смещениях измерительной антенны 4.1 по X и Y, соответственно (синхронно с измерениями диаграмм фиг.2).

В исходном состоянии основная измерительная антенна 4.1 находится на РСН пеленгационной антенны ГСН 3 и постоянно закреплена. Необходимое количество других измерительных антенн 4.i устанавливают по обе стороны от основной измерительной антенны 4.1 на расстояниях от ее фазового центра (±l_xi) и (±l_yi), определяемых из соотношения (3):

$$\{\begin{array}{c}{l}_{xi}=n_i\cdot R\cdot [tg({\gamma }_{\alpha 1})]\\ l_{yi}=n_j\cdot R\cdot [tg({\gamma }_{\beta 1})]\end{array}\text{ (7)}$$

где l_xi,l_yi - расстояние между фазовым центром основной измерительной антенны 4.1 и фазовыми центрами последующих номеров «n_i» и «n_j» дополнительных измерительных антенн по координатам «X» и «Y», количество которых определяется по соотношению (3).

По завершении калибровки измерительной системы на ОПУ 1 устанавливается обтекатель 2 и начинается цикл измерений, включающий:

1) отсчет текущего положения (α_i, β_j) обтекателя 2 по курсу и тангажу относительно исходного РСН «α₀β₀» пеленгационной антенны ГСН 3. Значение текущих координат (α_i, β_j) определяется с помощью датчиков угловых положений «α» и «β», входящих в состав ОПУ 1.

Коды значений координат (α_i, β_j) по интерфейсным шинам поступают в управляющий компьютер 7, который осуществляет автоматическое управление перемещением обтекателя 2 с помощью дистанционно управляемых приводов ОПУ. При этом во избежание поломки обтекателя, для каждого текущего значения координат положения обтекателя по тангажу (β_i) управляющий компьютер 7 контролирует предельно допустимые значения [α_max(β_j)] положения обтекателя по курсу определяемых границами сектора сканирования обтекателя 2 относительно антенны ГСН 3 (конструкцией системы «антенна-обтекатель» ГСН). До тех пор, пока результирующее положение РСН не выйдет за пределы (±γ_α1, ±γ_β1), определяемых на основе калибровочных таблиц (6) и соотношения (2) для основной измерительной антенны 4.1, зондирующие сигналы с выхода генератора 5 подаются на вход измерительной антенны 4.1. При увеличении значения пеленгационной ошибки γ_α или γ_β за пределы зоны измерения с применением основной измерительной антенны зондирующие сигналы начинают подавать с выхода генератора 5 на следующую по расположению дополнительную измерительную антенну. Для каждого текущего положения обтекателя 2 (α_i, β_j) производятся измерения амплитудных и фазовых соотношений (U_α, Ф_α, U_β, Ф_β) сигналов с выходов разностных каналов антенны ГСН 3, а также амплитудных соотношений с выхода суммарного канала антенны 3. Коды этих значений с выходов соответствующих измерительных устройств 6.1, 6.2, 6.3 поступают в управляющий компьютер 7, где производится определение текущих значений пеленгационных ошибок, крутизны пеленгационных ошибок (КПО) по каждой координате и текущего значения коэффициента прохождения обтекателя.

Текущие значения пеленгационных ошибок γ_α и γ_β определяются на основе измеренных значений (U_α, Ф_α) и (U_β, Ф_β) с помощью калибровочных таблиц (6). При выходе значения пеленгационной ошибки за пределы зоны измерения основной измерительной антенны 4.1 компьютер автоматически к основному значению пеленгационной ошибки, полученной по исходной калибровочной таблице (6), добавляет поправку на номер положения (n_i) или (n_j) дополнительной измерительной антенны, вытекающей из соотношений (7). Определение коэффициента прохождения обтекателя по амплитуде осуществляется путем деления текущего значения U_Σ(α_i, β_j) на калибровочные значения U_Σ из калибровочной таблицы (6) в памяти управляющего компьютера.

Циклы измерений повторяются после установки обтекателя 2 с помощью ОПУ 1 под управлением компьютера 7 в очередное угловое положение β_j+1 по тангажу и перемещения обтекателя 2 по координате α (по курсу) в пределах сектора сканирования, допустимого для данного углового положения β_j+1 по тангажу. Измерения полностью заканчиваются после прохождения всех курсовых сечений в пределах сектора сканирования по тангажу. В результате этого в компьютере будет получен массив значений основной пеленгационной ошибки γ_α(α, β) и ортогональной составляющей γ_β(α, β) пеленгационных ошибок, вносимых обтекателем при различных его угловых положениях относительно радиооптической оси пеленгационной антенны ГСН 3. Одновременно будет сформирован массив значений коэффициента прохождения T(а,р) сигналов для различных взаимных положений обтекателя 2 и антенны ГСН 3 в секторе сканирования (α₁-α₂)×(β₁-β₂). При необходимости более точной оценки векторных значений пеленгационных ошибок пеленгационная антенна ГСН 3 может быть переустановлена на ОПУ 1 с разворотом на 90°. Положение курсовой и тангажной плоскостей при этом поменяются, полный цикл измерений РТХ ГСН будет повторен для нового положения антенны ГСН 3.

Рассмотренный метод измерений с применением системы фиг.1 позволяет достичь более высокой точности оценки значений пеленгационных ошибок, КПО (непрерывно вычисляемых в компьютере по мере перемещения обтекателя по координатам α и β) и коэффициента прохождения - по сравнению с ближайшим аналогом.

Обеспечивается достоверная первичная калибровка (аттестация) измерительной системы, метрологические характеристики которой непосредственно определяются средствами измерений, входящих в состав системы. Обеспечивается полнота оценки РТХ ГСН во всем секторе сканирования антенны ГСН 3 относительно обтекателя 2. Таким образом, заявленный технический результат, заключающийся в обеспечении достоверности измерений путем первоначальной калибровки, повышении точности и полноты оценки значений РТХ ГСН достигнут.

Однако рассмотренный метод не позволяет достичь предельных точностей оценки РТХ ГСН вследствие наличия методических погрешностей (5), связанных с определением значений РТХ по калибровочным таблицам, в основе которых лежат амплитудные и фазовые диаграммы разностных каналов фиг.2 антенны ГСН 3. В этом методе погрешности измерений амплитудных и фазовых соотношений участвуют дважды (при калибровке и в процессе измерений), что увеличивает результирующую погрешность оценки РТХ (хотя она и будет меньше, чем у аналога). В связи с этим предлагается модификация измерительной системы фиг.1, в которой исключены дополнительные измерительные антенны, основная измерительная антенна 4.1 устанавливается на управляемое координатное устройство с возможностью одновременного перемещения в направлениях «X» и «Y» под управлением компьютера 7, а измерения РТХ производятся в режиме подвижной измерительной антенны 4.1.

Работа системы в режиме измерений РТХ ГСН с подвижной измерительной антенной

Рассмотрим работу модификации измерительной системы фиг.3, в которой исключены дополнительные измерительные антенны, измерительная антенна 4.1 установлена на дистанционно управляемое двухкоординатное устройство 8. Перемещение измерительной антенны 4.1 осуществляется по координатам «X» и «Y» в плоскости, перпендикулярной РСН пеленгационной антенны ГСН 3 в отсутствии обтекателя (как и при исходной калибровке по ранее рассмотренному методу измерений с неподвижной измерительной антенной). Текущее положение измерительной антенны 4.1 в плоскости перемещений измеряется с помощью соответствующих датчиков перемещения «l_x» и «l_y», входящих в состав координатного устройства 8. Коды текущих значений координат (l_xi, l_yj) измерительной антенны 4.1 поступают с датчиков координатного устройства 8 через интерфейсную шину в управляющий компьютер 7. С управляющего выхода управляющего компьютера 7 на исполнительные координатные приводы (l_x, l_y) координатного устройства 8 через интерфейсную шину подаются команды управления (L_xi,L_yj) для установки измерительной антенны 4.1 в текущее положение РСН антенны ГСНЗ.

Способ измерений РТХ ГСН с помощью системы фиг.1 с применением модификации этой измерительной системы согласно фиг.3 заключается в следующем.

Перед началом измерений при снятом обтекателе 2 и неподвижной пеленгационной антенне ГСН 3 производится управляемое перемещение измерительной антенны 4.1 по координатам «X» и «Y» (аналогично процедуре калибровки измерительной системы фиг.1) для установки измерительной антенны 4.1 точно в положение РСН (см. фиг.2), соответствующее исходным координатам (l_x0, l_y0). В этом положении измеряются текущие значения разности фаз (Ф_α0) и (Ф_β0) на выходах разностных каналов «α» и «β» пеленгационной антенны ГСН 3. Коды этих значений фиксируются в памяти управляющего компьютера 7 в качестве базовых (опорных, эталонных) значений. Одновременно фиксируется исходное значение относительного уровня амплитуды U_Σ на выходе суммарного канала антенны ГСН 3. На этом процедура исходной калибровки и подготовки системы фиг.3 к измерениям закончена.

Необходимо отметить, что погрешности измерения разностей фаз ( $${Ф}_{{\alpha }_0}$$ ) и (Ф_β0) в данном способе несущественны. Важна стабильность и повторяемость показаний фазоизмерительных каналов, а особенно - минимальная разрешающая способность по измерению значений разности фаз (dФ_α) и (dФ_β).

Процедура последующих измерений РТХ ГСН, как и для ранее рассмотренного варианта системы фиг.1, основана на циклическом перемещении установленного на ОПУ 1 обтекателя 2 по координате «α» (курсу) при периодической переустановке положения ОПУ 1 на очередное значение координаты «β_j» (тангажа) и контроле за нахождением обтекателя в допустимом секторе сканирования. За счет влияния обтекателя результирующее положение РСН антенны ГСН 3 будет смещаться по координатам «X» и «Y» в плоскости перемещения измерительной антенны 4.1 на координатном устройстве 8. Смещение положения РСН приводит к изменению знака и значения разности фаз (Ф_α) и (Ф_β) на выходах соответствующих разностных каналов антенны ГСН 3. Значение и знак кодов разности фаз (Ф_α) и (Ф_β) будут сигнализировать о величине и направлении смещения результирующего положения РСН антенны ГСН 3 относительно исходного положения РСН (l_x0) и (l_y0) для антенны ГСН 3 без обтекателя 2 (т.е. о величине и знаке пеленгационной ошибки, вносимой обтекателем 2).

Управляющий компьютер 7 анализирует поступающие на него с выходов измерительных устройств 6.1 и 6.2 коды текущих значений (Ф_α) и (Ф_β). При отклонении текущих значений от исходных значений (Ф_α0) и (Ф_β0), установленных при калибровке измерительной системы и соответствующих нахождению измерительной антенны 4.1 на РСН, управляющий компьютер 7 вырабатывает управляющие команды на координатное устройство 8. По этим командам измерительная антенна 4.1 перемещается из положения (l_x0) и (l_y0) в новое положение (l_xi) и (l_yj), соответствующее новому положению РСН (обусловленному пеленгационными ошибками, вносимыми обтекателем 2 при его перемещении относительно антенны ГСН 3). Текущие значения координат (l_xi) и (l_yj) измеряются с помощью датчиков, входящих в состав координатного устройства 8. Управляющий компьютер 7 определяет разности текущих значений координат и исходных значений координат положения измерительной антенны 4.1:

$$\{\begin{array}{c}\Delta l_{xi}=(l_{xi}-l_{x0});\\ \Delta l_{yj}=(l_{yj}-l_{y0}).\end{array}\text{ (8)}$$

На основе измеренных линейных отклонений (Δl_xi и Δl_yj) положения измерительной антенны 4.1 (соответствующих угловым отклонениям результирующего положения РСН антенны ГСН 3 под влиянием перемещения обтекателя 2 по координатам «α» и «β») управляющий компьютер 7 по соотношению (2) определяет текущие значения пеленгационных ошибок γ_α(α_i, β_j) и γ_β(α_i, β_j). Для обеспечения требуемой точности управляющий компьютер 7 согласует (регулирует) скорость перемещения ОПУ 1 (скорость сканирования обтекателя 2 относительно антенны ГСН 3) и скорости перемещения измерительной антенны 4.1 по координатам «X» и «Y» на координатном устройстве 8 таким образом, чтобы текущие значения разности фаз Ф_α и Ф_β не превышали значений, ограничиваемых допустимой погрешностью измерений РТХ ГСН. В предельном случае эти отклонения не должны превышать разрешающей способности измерителей разности фаз устройств 6.1 и 6.2 (интервалов квантования измеряемых значений разностей фаз «dФ_α» и «dФ_β»).

Управление скоростью перемещения ОПУ 1 по координате «α» (при сканировании сектора сечениями β_j) осуществляется в управляющем компьютере на основе непрерывного вычисления значения КПО по соотношению

$$КПО=\frac{{\gamma }_{i+1}-{\gamma }_i}{{\alpha }_{i+1}-{\alpha }_i}=\frac{\Delta {\gamma }_{i+1}}{d\alpha };\text{ (9)}$$

где dα - интервал по координате «α», на котором определяются текущие значения КПО;

Δγ_i+1 - текущее изменение значения пеленгационной ошибки у при перемещении обтекателя на величину «dα».

Аналогично контролируется значение КПО по ортогональной составляющей (по координате β).

Одновременно с контролем текущих значений разности фаз $${Ф}_{{\alpha }_0}$$ и $${Ф}_{{\beta }_0}$$ для каждого значения координат (α_i, β_j) с помощью измерительного устройства 6.3 производится отсчет текущего значения амплитуды сигнала с выхода суммарного канала U_Σ(α_i, β_j). На основе этого значения, поступающего в управляющей компьютер 7, и на основе исходного значения $$U_{{\displaystyle \sum 0}}$$ (полученного при калибровке измерительной системы для снятого обтекателя 2 и при нахождении измерительной антенны 4.1 в положении РСН на координатном устройстве 8) определяются текущие значения коэффициента прохождения обтекателя Т по амплитуде:

$$T_U({\alpha }_i,{\beta }_j)=\frac{U_{{\displaystyle \sum }}({\alpha }_i,{\beta }_j)}{U_{{\displaystyle \sum 0}}}.\text{ (10)}$$

Таким образом, при использовании подвижной измерительной антенны 4.1, перемещаемой под управлением компьютера 7 с помощью координатного устройства 8 в модификации измерительной системы фиг.3 обеспечивается более высокая точность измерений по сравнению с ближайшим аналогом и вариантом измерительной системы фиг.1 с неподвижной измерительной антенной 4.1. При этом обеспечивается необходимая полнота измерений РТХ ГСН во всем секторе относительных перемещений обтекателя 2 и антенны ГСН 3 по координате «α, β».

Режим измерений РТХ ГСН на промежуточной частоте используют в тех случаях, когда измерительные устройства 6.1, 6.2 и 6.3 при измерениях на частоте зондирующих сигналов f не обладают необходимой чувствительностью или когда требуется достоверная оценка значений РТХ с использованием штатных каскадов преобразования частоты и усиления на промежуточной частоте F_П из состава ГСН. Для реализации этого режима в составе измерительных систем фиг.1 и фиг.3, соответственно, генератор 5 выполняют в виде синтезатора частоты, имеющего выход на частоте зондирующих сигналов f₁, подключаемый к измерительной антенне 4.1 (а также к дополнительным измерительным антеннам 4 в варианте системы фиг.1), выход сигнала гетеродина f₂, подаваемый на смесители суммарного и разностных каналов в составе штатной антенны ГСН 3, и выход опорного сигнала по промежуточной частоте F_П, подаваемый на вход измерителя амплитуды суммарного канала (измерительное устройство 6.3). В качестве измерительных устройств 6.1, 6.2 и 6.3 в этом случае используют измерители амплитудных соотношений и разности фаз, аналогичные по функциям для ранее рассмотренных вариантов применения измерительных систем фиг.1 и фиг.3, но подключаемые к выходам штатных каскадов усиления промежуточной частоты (УПЧ) из состава штатной антенны ГСН 3 и измеряющие амплитудно-фазовые соотношения сигналов с выходов разностных и суммарного каналов антенны ГСН 3 на промежуточной частоте F_П.

Во всем остальном реализация измерений в модификациях измерительных систем фиг.1 и фиг.2, использующих измерения амплитудных и фазовых сигналов на промежуточной частоте F_П, аналогична рассмотренным ранее способам измерений РТХ ГСН с использованием неподвижной и подвижной измерительной антенны 4.1, соответственно.

Техническая реализация заявленных вариантов измерительной системы осуществляется на основе устройств, известных из уровня техники. В качестве ОПУ используется устройство, идентичное таким же устройствам из состава аналогов. В качестве измерительных устройств для измерения амплитудных и фазовых соотношений используются серийные цифровые измерительные приборы (амплифазометры, измерители векторных параметров сигналов), выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью. В качестве генераторов используются серийные программноуправляемые генераторы отечественного и зарубежного производства на соответствующие диапазоны частот работы ГСН (в том числе - по схеме синтезатора частоты). В качестве управляющего компьютера используется серийный персональный компьютер отечественного или зарубежного производства. Координатное устройство реализуется на основе конструктивных решений, известных из уровня техники еще с 70-х годов прошлого столетия (например, оборудования фирмы «Signtific Atlanta», США, Калифорния). Управление перемещением по вертикали и по горизонтали в координатном устройстве 8 может осуществляться с применением быстроходных винтовых передач, подсоединенных к шаговым двигателям. Отсчеты положений ОПУ и положений измерительной антенны на координатном устройстве осуществляются с помощью серийных кодовых датчиков перемещений отечественного или зарубежного производства, обладающих необходимой точностью.

Заявленная измерительная система и ее модификации могут применяться при экспериментальной отработке ГСН на стадии разработки опытных образцов, при серийном изготовлении ГСН и антенных обтекателей, а также при контроле технического состояния ГСН на ремонтных предприятиях и в сервисных центрах.

Автоматизированная система измерений радиотехнических характеристик головок самонаведения ракет относится к области радиотехнических измерений и может быть использована для экспериментальной оценки радиотехнических характеристик головок самонаведения, содержащих антенну, защищаемую радиопрозрачным обтекателем. Заявленная система содержит дистанционно управляемое двухкоординатное опорно-поворотное устройство, содержащее датчики углового положения обтекателя (по курсу «α» и по тангажу «β»), пеленгационную антенну головок самонаведения, измерительные антенны (имитаторы цели), измерительные устройства (для измерения амплитудно-фазовых соотношений сигналов и относительных значений амплитуды), генератор (источник зондирующих излучений), управляющий компьютер. Технический результат заключается в повышении точности оценки пеленгационных ошибок, возможности первоначальной калибровки системы, учете пеленгационных ошибок по ортогональной координате, возможности измерений радиотехнических характеристик во всем секторе сканирования, высокая производительность измерений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Автоматизированная система измерений радиотехнических характеристик головок самонаведения ракет (далее - система), включающая штатную антенну головок самонаведения (далее - антенна ГСН), опорно-поворотное устройство (ОПУ), обеспечивающее установку на него и управляемое перемещение измеряемых радиопрозрачных обтекателей антенны ГСН (далее - обтекатель) по двум ортогональным координатам, размещенную в дальней зоне антенны ГСН измерительную антенну, генератор зондирующих сигналов, выход которого подключен к измерительной антенне, отличающаяся тем, что опорно-поворотное устройство содержит датчики перемещения и дистанционно управляемые приводы по каждой координате перемещения обтекателя (по курсу и тангажу) относительно неподвижной антенны ГСН, в систему дополнительно введены измерители амплитудных и фазовых соотношений сигналов с выходов разностных каналов антенны ГСН по отношению к суммарному каналу антенны ГСН, измерительными входами подключенные к выходам разностных каналов антенны ГСН по курсу и тангажу, а опорными входами подключенные к выходу суммарного канала антенны ГСН, измеритель относительных значений амплитуды сигналов, измерительным входом подключенный к выходу суммарного канала антенны ГСН, а опорным входом подключенный к выходу опорного сигнала генератора зондирующих сигналов, управляющий компьютер, ко входам которого через интерфейсные шины подключены выходы измерителей амплитудно-фазовых соотношений сигналов разностных каналов антенны ГСН и измерителя относительных значений амплитуды сигналов суммарного канала антенны ГСН, а также выходы датчиков положения ОПУ по курсу и тангажу, а управляющие выходы компьютера через интерфейсные шины подключены ко входам дистанционно управляемых приводов ОПУ по курсу и тангажу, а также управляющему входу генератора зондирующих сигналов, при этом перед началом измерений в память управляющего компьютера введены калибровочные таблицы амплитудно-фазовых диаграмм разностных каналов антенны ГСН в отсутствии обтекателя, предназначенные для определения измеряемых значений радиотехнических характеристик при различных положениях обтекателя относительно антенны ГСН.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введено координатное устройство, содержащее дистанционно управляемые приводы перемещения измерительной антенны по координатам «X» и «Y» в плоскости, перпендикулярной равносигнальному направлению разностных каналов антенны ГСН при снятом обтекателе, и датчики положения измерительной антенны по координатам «X» и «Y», входы дистанционно управляемых приводов и выходы датчиков положения измерительной антенны подключены через интерфейсные шины к соответствующим выходам и входам управляющего компьютера, измерительная антенна установлена на координатное устройство с возможностью перемещения в плоскости «XY» таким образом, что ее исходное положение (l _xo, l _yo) перед началом измерений соответствует положению равносигнального направления антенны ГСН при снятом обтекателе, а текущие значения координат (l _xi, l _yi) положения измерительной антенны соответствуют измеряемым значениям пеленгационных ошибок для текущего углового положения (α_i, β_i) обтекателя относительно антенны ГСН.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что при использовании антенны ГСН, содержащей штатные смесители и усилители промежуточной частоты разностных каналов по курсу и тангажу и суммарного канала, измеритель амплитудно-фазовых соотношений разностных каналов по курсу и тангажу, а также измеритель амплитудных соотношений суммарного канала, работают на промежуточной частоте и подключены к соответствующим выходам усилителей промежуточной частоты разностных и суммарного каналов антенны ГСН, в качестве генератора зондирующих сигналов используется синтезатор частоты, выход зондирующего сигнала которого подключен к измерительной антенне, гетеродинный выход подключен к смесителям антенны ГСН, а выход опорного сигнала на промежуточной частоте подключен ко входу опорного сигнала измерителя амплитудных соотношений суммарного канала.