Способ управления полетом реактивных снарядов и система для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК F42B15/01 F41G7/20 

Изобретение относится к области корректируемых боеприпасов и может быть использовано для наведения реактивных снарядов на цель для поражения боевой техники и живой силы противника.

Известен способ поражения летящего объекта с участием: противоракеты, которая запускается с мобильной пусковой установки на базе шасси транспортной машины МА3-537 со специальным прицепом, снабженной радиолокационной станцией, которая отслеживает запуск объекта, рассчитывает предполагаемую траекторию его полета и отслеживает фактическую траекторию полета, осуществляет ввод полетного задания в головку противоракеты, коррекцию траектории ее полета, непрерывный подсвет цели; устройства наведения, которое наводит противоракету на цель со стартового положения, корректируют ее полет; командного пункта, с помощью которого осуществляется запуск противоракеты, а при необходимости и ее уничтожение [1].

Противоракета состоит из следующих основных элементов: боевая часть, бортовая аппаратура наведения, автопилот с комплектом рулевых машин, двигателей первой и второй ступени. Бортовая радиоаппаратура управления предназначается для приема команд управления полетом противоракеты и выдачи их на органы управления, а также для приема команд управления тягой и подрывом боевой части; автопилот предназначается для управления рулевыми машинами противоракеты, поворотными двигателями и воздушными рулями и для стабилизации противоракеты относительно трех взаимно перпендикулярных осей, а также для перехода на самонаведение за 10 с до подлета к цели [1].

Недостатком способа является то, что он не предназначен для управления полетом реактивного снаряда, на ракете установлено большое количество дорогостоящего оборудования, которое уничтожается при поражении цели.

Известен способ управления полетом реактивных снарядов (PC), заключающемся в наведении пусковой установки (ПУ) в направлении на группу целей на основе данных от радиолокационной станции (РЛС), осуществлении нумерации каждого снаряда при установке реактивного снаряда PC на направляющую раму на основе пробития штифтом рамы отверстие в корпусе снаряда, которое указывает на порядковый номер снаряда, с помощью этого номера за снарядом закрепляется управляющая команда в соответствии со временем (моментом) ее передачи, выдача команды на пуск ракеты с командного пункта при входе целей в зону стрельбы, определении траектории реактивных снарядов PC и подвижных целей (наземных и воздушных) на основе циклического просмотра зоны обзора РЛС, формирование сигналов коррекции ЭВМ на основе информационного обеспечения от РЛС, осуществлении передачи корректирующих сигналов на каждый нумерованной реактивный снаряд PC, коррекция траекторий снарядов в горизонтальной и вертикальной плоскости осуществляется за счет радиоимпульсов, направление коррекции (Л - влево, В - вверх, П - вправо, Н - вниз) зависит от момента времени передачи импульса, угол коррекции (угол между направлением полета снаряда перед коррекцией и после коррекции) зависит от длительности радиоимпульса, при этом снаряды запускаются небольшими пачками по четыре штуки, что сокращает длительность цикла передачи информации на реактивные снаряды PC, которые находятся в воздухе; этому же способствует стартовый сигнал, передаваемый одновременно на все реактивные снаряды PC, длительность которого соответствует для повышения достоверности передаваемой на реактивный снаряд PC информации снаряды времени полета первого снаряда до середины траектории, после чего производится коррекция траекторий каждого снаряда [2].

Известна система управления полетом снарядов, которая состоит из наземного оборудования: в составе командного пункта, радиопередатчика, радиолокационной станции, электронно-вычислительного машины (ЭВМ), пускового устройства, первого, второго, третьего и четвертого реактивных снарядов бортового оборудования, размещенного на снарядах в составе: приемника, счетчика, первого, второго, третьего и четвертого логических элементов И, первого, второго, третьего и четвертого элементов И, первого, второго, третьего и четвертого лопастей, обеспечивающих управления снарядом в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом вход пусковой установки соединен с выходом командного пункта, вход которого соединен с первым входом-выходом ЭВМ, второй, третий вход-выход которого соединен соответственно с входами радиопередающего устройства и радиолокационной станцией, выход радиопередающего устройства через беспроводную связь соединен с входом бортового оборудования размещенного на снарядах, при этом радиолокационная станция обеспечивает электромагнитное облучение снарядов и целей, вход бортового оборудования является входом приемного устройства, второй выход которого соединен с входом счетчика, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединен со вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены с первым выходом приемника, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с входами первого, второго, третьего и четвертого соленоидов, выходы которых соединены соответственно с входами первой, второй, третьей и четвертой лопастей [2].

Недостатками способа и системы способ управления полетом реактивных снарядов является то, что не учитываются нутации снарядов после корректирующего воздействия, что приводит к снижению точности стрельбы за счет раскачивающего движения по оси вращения.

Технической задачей изобретения является повышение точности стрельбы реактивных снарядов за счет формировании длительности импульсов коррекции с учетом изменения углов нутации после коррекции и проверки их по критерию устойчивости.

Решение технической задачи достигается в способе управления полетом реактивных снарядов (PC), заключающемся в наведении пусковой установки (ПУ) в направлении на группу целей на основе данных от радиолокационной станции (РЛС), осуществлении нумерации каждого снаряда при установке реактивного снаряда PC на направляющую раму на основе пробития штифтом рамы отверстие в корпусе снаряда, которое указывает на порядковый номер снаряда, с помощью этого номера за снарядом закрепляется управляющая команда в соответствии со временем (моментом) ее передачи, выдача команды на пуск ракеты с командного пункта при входе целей в зону стрельбы, определении траектории реактивных снарядов PC и подвижных целей (наземных и воздушных) на основе циклического просмотра зоны обзора РЛС, формирование сигналов коррекции ЭВМ на основе информационного обеспечения от РЛС, осуществлении передачи корректирующих сигналов на каждый нумерованной реактивный снаряд PC, коррекция траекторий снарядов в горизонтальной и вертикальной плоскости осуществляется за счет радиоимпульсов, направление коррекции (Л - влево, В - вверх, П - вправо, Н - вниз) зависит от момента времени передачи импульса, угол коррекции (угол между направлением полета снаряда перед коррекцией и после коррекции) зависит от длительности радиоимпульса, при этом снаряды запускаются небольшими пачками по четыре штуки, что сокращает длительность цикла передачи информации на реактивные снаряды PC, которые находятся в воздухе; этому же способствует стартовый сигнал, передаваемый одновременно на все реактивные снаряды PC, длительность которого соответствует для повышения достоверности передаваемой на реактивный снаряд PC информации снаряды времени полета первого снаряда до середины траектории, после чего производится коррекция траекторий каждого снаряда, дополнительно осуществляют анализ изменений углов нутации при воздействия корректирующего импульса и обеспечивают их ограничений по критерию устойчивости в случае наблюдения тенденций их увеличения в процессе коррекции.

Реализация данного способа достигается системой управления полетом снарядов, которая состоит из наземного оборудования: в составе командного пункта, радиопередатчика, радиолокационной станции, электронно-вычислительного машины (ЭВМ), пускового устройства, первого, второго, третьего и четвертого реактивных снарядов бортового оборудования, размещенного на снарядах в составе: приемника, счетчика, первого, второго, третьего и четвертого логических элементов И, первого, второго, третьего и четвертого соленоидов, первого, второго, третьего и четвертого лопастей, обеспечивающих управления снарядом в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом вход пусковой установки соединен с выходом командного пункта, вход которого соединен с первым входом-выходом ЭВМ, второй, третий вход-выход которого соединен соответственно с входами радиопередающего устройства и радиолокационной станцией, выход радиопередающего устройства через беспроводную связь соединен с входом бортового оборудования размещенного на снарядах, при этом радиолокационная станция обеспечивает электромагнитное облучение снарядов и целей, вход бортового оборудования является входом приемного устройства, второй выход которого соединен с входом счетчика, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединен со вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены с первым выходом приемника, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с входами первого, второго, третьего и четвертого соленоидов, выходы которых соединены соответственно со входами первой, второй, третьей и четвертой лопасти, дополнительно введен блок определения углов нутации снарядов, вход - выход которого соединен с ЭВМ.

Кроме того алгоритм работы блока определения углов нутации снарядов заключается в:

- оцифровки сигнала отраженных от снарядов, при этом траектория каждого снаряда определяется на основе наличие в спектре сигнала особой отметки, которая создается на основе пробития штифтом рамы отверстия в корпусе снаряда;

- вычислении модуля БПФ:

,

где y_k=y(k/F_d) - оцифрованный АЦП входной сигнал y(t), F_d - частота дискретизации исходного сигнала, N - число отсчетов ДПФ, S_n - действительная амплитуда n-й спектральной гармоники, частоту которой можно определить как:

,

- определении величины порога:

,

где Р_лт - вероятность ложной тревоги, которая на практике обычно принимается равной 10^-5, - дисперсия шума, значение которой можно вычислить, проанализировав БПФ выходного сигнал радиолокатора при отсутствии движущихся объектов в его зоне видимости на соответствие закону распределения Релея,

- обнулении гармоник, не превысивших значение порога S_пop и находящихся в области ожидаемых частот Доплера: формирование сигналов коррекции ЭВМ на основе информационного обеспечения от РЛС

,

где f_ож.min, f_ож.max - нижняя и верхняя границы области ожидаемых частот Доплера соответственно,

- определении ширины спектра сигнала:

Δƒ=ƒ_c.max-ƒ_c.min,

где Δf - ширина спектра сигнала, f_c.min - нижняя граница спектра сигнала, f_c.max - верхняя граница спектра сигнала,

- определении величины нутации снарядов по изменению ширины на каждой позиции, при этом в результате предварительной тарировки получены базы данных зависимости ширины спектра отраженного от угловых положений снаряда в плоскости перпендикулярной линии визирования;

- определении предельного значения длительности радиоимпульса коррекции в зависимости от углов нутации, с учетом ограничений исходя из неравенства:

δ<δ_дmax при t>t_k,

где t_k - момент проведения коррекции с учетом значений угловых координат и скоростей до проведения импульсной коррекции.

На фиг. 1 представлена структурная схема блока наземного оборудования; на фиг. 2 - структурная схема блока бортового оборудования реактивного снаряда; на фиг. 3 - общий вид реактивного снаряда с поверхностями управления; на фиг. 4 - алгоритм работы блока определения углов нутации снарядов; на фиг. 5 - вектора траекторий реактивных снарядов относительно цели в процессе их движения; на фиг. 6 черными метками обозначены моменты включения соленоидов.

Структурная схема системы состоит из подсистемы наземного 1 и бортового 2 оборудования, подсистема 1 наземного оборудования содержит командный пункт 3, электронно-вычислительная машина 4, радиопередающее устройство 5, радиолокационную станцию 6, блок 7 определения углов нутации снарядов, пусковое 8 устройство, первый 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 реактивные снаряды, подсистема бортового 2 оборудования каждого реактивного снаряда содержит приемное устройство 13, счетчик 14, первый 15, второй 16, третий 17 и четвертый 18 элементы И, первый 19, второй 20, третий 21 и четвертые 22 соленоиды, первый 23, второй 24, третий 25 и четвертые 26 лопасти.

КП 3 предназначен для управления работой ПУ 8. РЛС 6 - для отслеживания полетов реактивных снарядов и перемещения подвижных целей. ЭВМ 4 определяет направление на цель и направление полета PC, проекций траекторий ракет на профильную плоскость и угол между ними, проекций траекторий ракет на горизонтальную плоскость и угол между ними. Кроме того ЭВМ 4 формирует длительность управляющих коротких (0,01-0,04 с) импульсов в зависимости от величин углов проекции траекторий ракет на горизонтальную и вертикальную плоскость и обеспечивает управления работой радиопередатчика 5.

Блок 7 определения углов нутации снарядов обеспечивает формирование длительности корректирующего сигнала по критерию устойчивости, что позволить повысить точность наведения ракеты на цель.

Система управления полетом реактивных снарядов работает следующим образом.

Осуществляется наведения пусковой установки 8 на групповую цель на основе данных от радиолокационной станции 6. При этом осуществляется нумерация каждого снаряда при установке реактивного снаряда PC на направляющую раму на основе пробития штифтом рамы отверстие в корпусе снаряда, которое указывает на порядковый номер снаряда, с помощью этого номера за снарядом закрепляется управляющая команда в соответствии со временем (моментом) ее передачи.

Пуск снарядов осуществляется с командного пункта 3 при входе целей в зону возможных пусков (фиг. 1), при этом определение траектории реактивных снарядов PC и подвижных целей (наземных и воздушных) осуществляется на основе циклического просмотра зоны обзора РЛС 6.

Для управления полетом PC (9, 10, 11, 12), ЭВМ 4 в определенные моменты времени воздействует на РП 5, который посылает первый импульс длинный импульс и серию коротких импульсов. Длительность коротких импульсов зависит от отклонения направления полета PC от направления на цель, при этом управляющий импульс формируется ЭВМ 4 во временные интервалы, отведенные для коррекции каждого из реактивных снарядов (9, 10, 11, 12) а также с учетом того, какой из соленоидов (19, 20, 21, 22) должен обтекаться током. Длительность включения соленоидов также определяет ЭВМ 4. По информации с РЛС 6, которая поступает на ЭВМ 4, определяются координаты концов стрелки АБ - направление (фиг. 5) на цель и координаты концов стрелки АВ - направление полета PC. Точка А находится на ближней фронтальной плоскости, точки Б и В - на дальней фронтальной плоскости. Далее ЭВМ 4 определяет координаты проекций стрелок на профильную плоскость и угол между ними, а также - координаты проекций стрелок на горизонтальную плоскость и угол между ними. Пропорционально этим углам ЭВМ 4 формирует длительность управляющих коротких (0,01-,04 с) импульсов. При это если длительность сигнала слишком велика, снаряд может потерять устойчивость, углы нутации возрастут вплоть до "опрокидывания" снаряда, т.е. вращения вокруг экваториальной оси. Для того, чтобы оценить предельные значения корректирующих импульсов, при которых возможно появление таких режимов движения вокруг центра масс, необходимо знать зависимость аэродинамических характеристик и прежде всего опрокидывающего/момента от угла нутации при его изменении в интервале - π<δ<π. Блок 7 обеспечивает определения углов нутации снарядов в зависимости от значений ширины спектров сигналов отраженных от снарядов коррекции, оценивает их значения по критерию устойчивости. ЭВМ на основе данной информации формирует длительность импульса коррекции. Алгоритм работы блока определения углов нутации снарядов представлен на рисунке 4.

Первоначально на все PC передается длинный импульс (5 с), с помощью которого включаются часы (счетчик с встроенным генератором импульсов) каждого из четырех PC. Через 5 с (PC 9 пролетает половину пути до цели) после запуска PC 9 с КП 3 длинный импульс завершается (фиг. 6), и начинается трансляция коротких управляющих импульсов (0,01-0,04 с) с приемника ПР 34 (фиг. 2), через логические элементы И (15, 16, 17, 18), на выходах которых поочередно появляется потенциал логической единицы в соответствии с временной диаграммой (фиг. 6) в интервалы времени Л, В, П, Н, при этом поочередно включаются соленоиды (19, 20, 21, 22) и происходит перемещение одной из лопаток (23, 24, 25, 26).

При этом при формировании длительности импульсов коррекции в зависимости от углов нутации, учитываются ограничения заданного предельного допустимого значения

δ<δ_дmax при t>t_k,

где t_k - момент проведения коррекции с учетом значений угловых координат и скоростей до проведения импульсной коррекции.

Таким образом, способ управления полетом реактивных снарядов и система для его осуществления, обеспечивает повышение точности применения реактивных снарядов на основе формировании длительности радиоимпульсов в зависимости от углов нутации снарядов с учетом ограничений на предельные значения углов нутации.

Источники информации

1. http://vko.ru, http://militaryrussia.ru

2. Патент 2747681, Российская Федерация, МПК F42B 15/00, F41F 3/042, F41G 7/20 // Полевой Ю.И., заявка:2020122234, 30.06.2020, опубл: 12.05.2021, бюл. № 14.

Группа изобретений относится к способу и системе управления полетом реактивных снарядов (РС). Для управления полетом РС наводят пусковую установку в направлении на группу целей на основании данных от радиолокационной станции (РЛС), осуществляют нумерацию каждого снаряда определенным образом, выдают команду на пуск, определяют траектории РС на основе циклического просмотра зоны обзора РЛС, производят коррекцию траекторий каждого снаряда с учетом угловой скорости вращения и величины нутации снаряда определенным образом. Система управления содержит командный пункт, радиопередатчик, РЛС, электронно-вычислительную машину (ЭВМ), пусковое устройство, четыре реактивных снаряда, бортовое оборудование на снарядах в составе: приемника, счетчика, четырех логических элементов И, четырех соленоидов, четырех лопастей на каждом снаряде. Обеспечивается повышение точности стрельбы РС. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ управления полетом реактивных снарядов (PC), заключающийся в наведении пусковой установки (ПУ) в направлении на группу целей на основе данных от радиолокационной станции (РЛС), осуществлении нумерации каждого снаряда при установке реактивного снаряда PC на направляющую раму на основе пробития штифтом рамы отверстия в корпусе снаряда, которое указывает на порядковый номер снаряда, с помощью этого номера за снарядом закрепляется управляющая команда в соответствии со временем (моментом) ее передачи, выдаче команды на пуск ракеты с командного пункта при входе целей в зону возможной стрельбы, определении траектории реактивных снарядов PC и подвижных целей (наземных и воздушных) на основе циклического просмотра зоны обзора РЛС, формировании сигналов коррекции ЭВМ на основе информационного обеспечения от РЛС, осуществлении передачи корректирующих сигналов на каждый нумерованный реактивный снаряд PC, коррекции траекторий снарядов в горизонтальной и вертикальной плоскости осуществляющейся за счет радиоимпульсов, направление коррекции (Л - влево, В - вверх, П - вправо, Н - вниз) зависит от момента времени передачи импульса, угол коррекции (угол между направлением полета снаряда перед коррекцией и после коррекции) зависит от длительности радиоимпульса, при этом снаряды запускаются небольшими пачками по четыре штуки, что сокращает длительность цикла передачи информации на реактивные снаряды PC, которые находятся в воздухе; этому же способствует стартовый сигнал, передаваемый одновременно на все реактивные снаряды PC, длительность которого соответствует повышению достоверности передаваемой на реактивный снаряд PC информации о времени полета первого снаряда до середины траектории, отличающийся тем, что определяют ширину спектра доплеровского эхо-сигнала, определяют по ширине спектра площадь максимального сечения снаряда плоскостью, перпендикулярной линии визирования снаряда, по изменению данной площади на каждой позиции судят о величине нутации снаряда, после чего производится коррекция траекторий каждого снаряда с учетом угловой скорости вращения и величины нутации снаряда.

2. Система управления полетом реактивных снарядов, состоящая из наземного оборудования: в составе командного пункта, радиопередатчика, радиолокационной станции, электронно-вычислительной машины (ЭВМ), пускового устройства, первого, второго, третьего и четвертого реактивных снарядов, бортового оборудования, размещенного на снарядах в составе: приемника, счетчика, первого, второго, третьего и четвертого логических элементов И, первого, второго, третьего и четвертого соленоидов, первой, второй, третьей и четвертой лопастей, обеспечивающих управление снарядом в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом вход пусковой установки соединен с выходом командного пункта, вход которого соединен с первым входом-выходом ЭВМ, второй, третий вход-выход которого соединен соответственно с входами радиопередающего устройства и радиолокационной станцией, выход радиопередающего устройства через беспроводную связь соединен с входом бортового оборудования, размещенного на снарядах, при этом радиолокационная станция обеспечивает электромагнитное облучение снарядов и целей, вход бортового оборудования является входом приемного устройства, второй выход которого соединен с входом счетчика, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены со вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены с первым выходом приемника, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов И соединены соответственно с входами первого, второго, третьего и четвертого соленоидов, выходы которых соединены соответственно со входами первой, второй, третьей и четвертой лопасти, дополнительно введен блок определения углов нутации снарядов, вход-выход которого соединен с ЭВМ.

3. Система управления полетом реактивных снарядов по п. 2, отличающаяся тем, что алгоритм работы блока определения углов нутации снарядов заключается в:

- оцифровке сигналов, отраженных от снарядов, при этом траектория каждого снаряда определяется на основе наличия в спектре сигнала особой отметки, которая создается на основе пробития штифтом рамы отверстия в корпусе снаряда;

- вычислении модуля БПФ:

,

где y_k=y(k/F_d) - оцифрованный АЦП входной сигнал y(t), F_d - частота дискретизации исходного сигнала, N - число отсчетов ДПФ, S_n - действительная амплитуда n-й спектральной гармоники, частоту которой можно определить как:

,

- определении величины порога:

,

где Р_лт - вероятность ложной тревоги, которая на практике обычно принимается равной 10^-5, - дисперсия шума, значение которой можно вычислить, проанализировав БПФ выходного сигнала радиолокатора при отсутствии движущихся объектов в его зоне видимости на соответствие закону распределения Релея;

- обнулении гармоник, не превысивших значение порога S_пор и находящихся в области ожидаемых частот Доплера:

,

где f_ож.min, f_oж.max - нижняя и верхняя границы области ожидаемых частот Доплера соответственно;

- определении ширины спектра сигнала:

Δƒ=ƒ_c.max-ƒ_c.min,

где Δf - ширина спектра сигнала, f_c.min - нижняя граница спектра сигнала, f_c.max - верхняя граница спектра сигнала,

- определении величины нутации снарядов по изменению ширины на каждой позиции, при этом в результате предварительной тарировки получены базы данных ширины спектра, отраженного от различных положений снаряда в плоскости, перпендикулярной линии визирования;

- определении предельного значения длительности радиоимпульса коррекции в зависимости от углов нутации, с учетом ограничений исходя из неравенства:

δ<δ_дmax при t>t_k,

где t_k - момент проведения коррекции с учетом значений угловых координат и скоростей до проведения импульсной коррекции.