Спосіб самонаведення ракети на наземну ціль при знакозмінному цільофоновому контрасті і координатор цілі для його реалізації

Реферат: Група винаходів належить до систем самонаведення ракет на наземні цілі і може використовуватися для ракет класу "земля-земля". Спосіб самонаведення ракети на наземну ціль при знакозмінному цільофоновому контрасті, при якому для формування сигналів управління польотом ракети в координаторі цілі використовуються радіолокаційний в міліметровому діапазоні довжини хвиль і тепловий в інфрачервоному діапазоні довжини хвиль взаємоконтрасти цілі і наземного фону. Радіолокаційний і тепловий взаємоконтрасти цілі і наземного фону аналізуються взаємоузгоджено в просторі та взаємосинхронно в часі шляхом роздільного фокусування ехо-сигналів цілі в моноімпульсному опромінювачі міліметрового діапазону довжини хвиль, а теплового випромінювання цілі в приймачі інфрачервоного діапазону за рахунок селекції в двох поляризаційних селекторах. Сигнали управління польотом ракети формуються з вихідних сигналів приймача міліметрового діапазону при наявності радіолокаційного контрасту цілі або з вихідних сигналів приймача інфрачервоного діапазону при наявності теплового контрасту цілі на фоні навколишньої місцевості. Координатор цілі для самонаведення ракети на наземну ціль при знакозмінному цільофоновому контрасті складається з параболічного дзеркала, в геометричному центрі якого розміщений моноімпульсний опромінювач, що підключений до послідовно з'єднаних приймача-передавача міліметрового діапазону довжини хвиль і блока формування сигналів управління польотом ракети, приймача інфрачервоного діапазону, розташованого в фокусі параболічного дзеркала і підключеного до другого входу блока формування сигналів управління польотом ракети. Між моноімпульсним опромінювачем і приймачем інфрачервоного діапазону розміщені перший і UA 109052 C2 (12) UA 109052 C2 другий поляризаційні селектори. Між виходом приймача інфрачервоного діапазону і другим входом блока формування сигналу управління польотом ракети включений керований перемикач, управляючий вхід якого підключений до виходу приймача-передавача міліметрового діапазону. Група винаходів виключає вплив знака енергетичного контрасту цілі на оточуючому фоні місцевості. UA 109052 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до систем самонаведення ракет на наземні цілі шляхом використання додатного енергетичного контрасту, що визначений різницею інтенсивностей розсіяних і випромінених ціллю та оточуючим її наземним фоном електромагнітних хвиль, для формування сигналів управління польотом ракети. Відомі способи самонаведення ракет на наземну (надводну) ціль, що основані на порівняльному аналізі ехо-сигналів цілі і оточуючого фону в радіодіапазоні або теплових полів цілі та оточуючого фону в інфрачервоному діапазоні довжини хвиль [Марисов В.И., Кучеров И.К. Управляемые снаряды. - М.: Военное издательство. - 1959. - с. 222-290]. Однак, в цих способах дальність дії системи самонаведення залежить від електродинамічних характеристик матеріалу формоутворюючої поверхні (конструкції) цілі, що визначають знак енергетичного контрасту. Так в радіодіапазоні величина додатного контрасту цілі на фоні відображень від навколишньої місцевості збільшується зі збільшенням відбивальних характеристик конструкції цілі. При цьому зниження відбивальних характеристик цілі, наприклад, шляхом маскування її радіопоглинаючими покриттями, знижує радіолокаційний контраст, майже до змінення його знака. З іншого боку, в інфрачервоному діапазоні величина додатного теплового контрасту збільшується зі збільшенням поглинаючих характеристик конструкції цілі. При цьому збільшення відбивальних характеристик цілі знижує тепловий енергетичний контраст, майже до змінення його знака. Таким чином, радіолокаційний і тепловий канали можуть розглядатись для однієї цілі з різними властивостями матеріалу конструкції як "позитив" і "негатив". Найбільш близьким до запропонованого винаходу є спосіб самонаведення, що оснований на формуванні сигналів управління польотом ракети в координаторі цілі шляхом визначення поточних кутів відхилення побудовчої осі ракети (або їх похідних) від лінії візування цілі при додатному радіолокаційному (або тепловому) контрасті цілі на оточуючому фоні [Демидов В.П., Кутаев Н.Ш. Аппаратура управления полетом ЗУP. - М.: Военное издательство. - 1978. - с. 6-7, рис. 1.1]. Самонаведення ракети відомим способом не забезпечується при знакозмінному цільофоновому контрасті, оскільки радіолокаційний канал працездатний при відбиваючій конструкції цілі,а тепловий при поглинаючий. Відомі координатори цілі систем самонаведення ракет, що включають в себе антенну систему Кассегрейна, яка складається з параболічного дзеркала, гіперболічного контрефлектора, моноімпульсного опромінювача, що підключений до послідовно з'єднаних приймача-передавача і блока формування сигналів управління польотом ракети [Куркоткин В.И., Самонаведение ракет / В.И. Куркоткин, В.Л. Стерлигов - М.: Военное издательство. 1990]. Однак відомі координатори цілі не чутливі до теплового контрасту цілі на оточуючому фоні, оскільки максимум його спостерігається в інфрачервоному діапазоні. Відомі координатори цілі систем самонаведення ракет, що включають в себе інтегровані в рамках однієї конструкції приймачі оптичного (фото контрастного) і теплового діапазонів [Жданович Б.К., Старун В.А., Андрейченко В.Н. и др. Зенитный ракетный комплекс ближнего действия "Стрела-10". - М.: Военное издательство. - 1990. - с. 15-23]. Однак відомі координатори цілі мають експлуатаційні недоліки: - відсутність чутливості до радіолокаційного контрасту; - втрата працездатності при несприятливих погодних умовах. В основу запропонованого винаходу поставлена задача покращення експлуатаційних характеристик систем самонаведення ракет на наземні цілі шляхом виключення впливу знака енергетичного контрасту цілі на оточуючому фоні місцевості і тим самим розширення можливостей їх застосування в цільофоновій обстановці, що динамічно змінюється. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі самонаведення, який оснований на формуванні сигналів управління польотом ракети в координаторі цілі шляхом вимірювання поточних кутів відхилення побудовчої осі ракети від лінії візування цілі при додатному радіолокаційному контрасті цілі на оточуючому фоні місцевості за рахунок фокусування ехосигналів цілі в опромінювачі міліметрового діапазону довжини хвиль, одночасно взаємоузгоджено у просторі і взаємосинхронно в часі вимірюють поточні кути відхилення побудовчої осі ракети від лінії візування цілі при додатному тепловому контрасті цілі на оточуючому фоні місцевості за рахунок фокусування теплового випромінення цілі в приймачі інфрачервоного випромінення шляхом поляризаційної селекції, та при відсутності радіолокаційного контрасту сигнали управління польотом ракети формується з вихідних сигналів приймача інфрачервоного діапазону. Одночасне та взаємоузгоджене використання двох спектральних діапазонів (радіо і інфрачервоного) забезпечує безперервність самонаведення ракети на наземну ціль, незалежно від знака її енергетичного контрасту на оточуючому фоні місцевості і характеристик оптичної прозорості приземного слою атмосфери. 1 UA 109052 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поставлена задача вирішується також тим, що координатор цілі, який складається з параболічного дзеркала, моноімпульсного опромінювача, що розташований в геометричному центрі дзеркала і підключений до послідовно з'єднаних приймача-передавача міліметрового діапазону довжини хвиль і блока формування сигналів управління польотом ракети, додатково включає приймач інфрачервоного діапазону, що розташований в фокусі параболічного дзеркала, перший і другий поляризаційний селектори, що розташовані між моноімпульсним опромінювачем і приймачем інфрачервоного діапазону, а також керований перемикач, включений між виходом приймача інфрачервоного діапазону і другим входом блока формування сигналів управління польотом ракети, причому керуючий вхід перемикача з'єднаний з виходом приймача-передавача міліметрового діапазону. Застосування єдиної електродинамічної схеми формування сигналів, що пропорційні величинам поточних кутів відхилення побудовчої осі ракети від лінії візування цілі одночасно в радіолокаційному та тепловому каналах зменшує масогабаритні характеристики бортової апаратури ракети і забезпечує підвищення точності самонаведення за рахунок виключення необхідності взаємоюстирування каналів. Координатор цілі, що реалізує запропонований спосіб самонаведення ракети на наземну ціль при знакозмінному цільофоновому контрасті, представлений на кресленні. (безперервною лінією позначені шляхи проходження електромагнітних хвиль радіолокаційного діапазону - РЛ, пунктирною - інфрачервоного діапазону - ІЧ), де 1 - параболічне дзеркало; 2 - моноімпульсний опромінювач; 3 - приймач-передавач міліметрового діапазону; 4 - блок формування сигналів управління польотом ракети; 5 - приймач інфрачервоного діапазону; 6 - перший поляризаційний селектор; 7 - другий поляризаційний селектор; 8 - параболічна діелектрична підкладка; 9 гіперболічна діелектрична підкладка; 10 - керований перемикач. Координатор вмикає параболічне дзеркало 1, в геометричному центрі якого розташований моноімпульсний опромінювач 2, що конструктивно і електрично підключений до приймачапередавача міліметрового діапазону хвиль 3, вихід якого з'єднаний з першим входом блока формування сигналів управління польотом ракети 4. В фокусі параболічного дзеркала 1 розташований приймач інфрачервоного діапазону, між входом якого і моноімпульсним опромінювачем 2 розташовані перший і другий поляризаційні селектори 6, 7 конструктивно виконані у вигляді дифракційної решітки, що нанесена на першу і другу діелектричні підкладки 8, 9 параболічної і гіперболічної форми, відповідно. Вихід приймача інфрачервоного діапазону 5 через керований перемикач 10 підключений до другого входу блока формування сигналів управління польотом ракети 4, причому керований вхід перемикача з'єднаний з виходом приймача-передавача міліметрового діапазону довжини хвиль. Ширина лінії дифракційних решіток d  0,01 , a крок D визначається рішенням рівняння   2,046 , D D  n   d  де ln - логарифм натуральний,  - робоча довжина хвилі радіолокаційного каналу, причому лінії дифракційної решітки другого поляризаційного селектору 7 орієнтовані паралельно вектору напруженості електричної складової поля, що формується моноімпульсним опромінювачем 2, а лінії дифракційної решітки першого поляризаційного селектора 6, орієнтовані під кутом 45° до ліній решітки другого поляризаційного селектора 7. Товщина діелектричної підкладки, що виконана з оптично   прозорого матеріалу, наприклад кварцу, дорівнює і для першої 8 і другої 9, 2  4  відповідно, де  - діелектрична проникність матеріалу підкладки. Блок формування сигналів управління польотом ракети 4 реалізує відомі алгоритми і підключений до автопілота ракети, що формує сигнали управління виконавчими механізмами. Запропонований координатор цілі працює наступним чином. Зондуючи сигнали приймачапередавача міліметрового діапазону 3, що сформовані моноімпульсним опромінювачем 2 по законах дифракційної оптики за допомогою контрефлектора, утвореного другим поляризаційним селектором 7, і параболічного дзеркала 1 з першим поляризаційним селектором 6 формується в плоский фронт випроміненого поля. Фокусування ехо-сигналів цілі в моноімпульсному опромінювачі 2 відбувається по тих же законах в зворотному порядку. Поля теплового випромінювання цілі фокусується в приймачі інфрачервоного діапазону 5 по законах геометричної оптики. При цьому незалежність проходження хвиль радіо і інфрачервоного діапазонів по вказаних шляхах забезпечується: 2 UA 109052 C2 1. Вибором геометричних розмірів дифракційної решітки першого і другого поляризаційних селекторів 6, 7 у відповідності з виразом d  0,01 (1)   2,046 , D D  n   d  (2) 5 10 15 де d - ширина лінії; D - крок дифракційної решітки;  - довжина робочої хвилі радіолокаційного каналу, ln - логарифм натуральний. 2. Вибором орієнтації лінії дифракційної решітки другого поляризаційного селектора 7 паралельно вектору електричного поля зондуючого сигналу радіолокаційного каналу. 3. Вибором взаємної орієнтації ліній дифракційних решіток першого і другого поляризаційного селектора 6, 7 під кутом 45°.  ,  , де 4. Вибором товщини діелектричних підкладок 8, 9, що дорівнює  2  4  діелектрична проникність матеріалу підкладки, наприклад кварцу, першого і другого поляризаційних селекторів 6, 7, відповідно. Підключення до першого або другого входу блока формування сигналів управління польотом ракети 4 радіолокаційного або теплового каналу через керований перемикач 10 забезпечує інваріантність системи самонаведення ракети до знака цільофонового контрасту. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 45 1. Спосіб самонаведення ракети на наземну ціль при знакозмінному цільофоновому контрасті, при якому для формування сигналів управління польотом ракети в координаторі цілі використовуються радіолокаційний в міліметровому діапазоні довжини хвиль і тепловий в інфрачервоному діапазоні довжини хвиль взаємоконтрасти цілі і наземного фону, який відрізняється тим, що радіолокаційний і тепловий взаємоконтрасти цілі і наземного фону аналізуються взаємоузгоджено в просторі та взаємосинхронно в часі шляхом роздільного фокусування ехо-сигналів цілі в моноімпульсному опромінювачі міліметрового діапазону довжини хвиль, а теплового випромінювання цілі в приймачі інфрачервоного діапазону за рахунок селекції в двох поляризаційних селекторах, а сигнали управління польотом ракети формуються з вихідних сигналів приймача міліметрового діапазону при наявності радіолокаційного контрасту цілі або з вихідних сигналів приймача інфрачервоного діапазону при наявності теплового контрасту цілі на фоні навколишньої місцевості. 2. Координатор цілі для самонаведення ракети на наземну ціль при знакозмінному цільофоновому контрасті, що складається з параболічного дзеркала, в геометричному центрі якого розміщений моноімпульсний опромінювач, що підключений до послідовно з'єднаних приймача-передавача міліметрового діапазону довжини хвиль і блока формування сигналів управління польотом ракети, приймача інфрачервоного діапазону, розташованого в фокусі параболічного дзеркала і підключеного до другого входу блока формування сигналів управління польотом ракети, який відрізняється тим, що між моноімпульсним опромінювачем і приймачем інфрачервоного діапазону розміщені перший і другий поляризаційні селектори, а між виходом приймача інфрачервоного діапазону і другим входом блока формування сигналу управління польотом ракети включений керований перемикач, управляючий вхід якого підключений до виходу приймача-передавача міліметрового діапазону. 3. Координатор цілі за п. 2, який відрізняється тим, що перший і другий поляризаційний селектори, виконані у вигляді дифракційних решіток з шириною лінії d  0,01 і кроком D , який  визначається з рівняння  2,046 , де  - робоча довжина хвилі радіолокаційного D D  n   d  каналу. 4. Координатор цілі за п. 2, який відрізняється тим, що перший поляризаційний селектор нанесений на параболічну підкладку, яка виконана з оптично прозорого матеріалу, наприклад 3 UA 109052 C2 кварцу, товщиною  4  , де  - діелектрична проникність матеріалу, другий поляризаційний селектор нанесений на гіперболічну підкладку товщиною 5  , причому лінії 2  решітки другого поляризаційного селектора орієнтовані паралельно вектору електричного поля опромінювача міліметрового діапазону довжини хвиль, а лінії решітки першого поляризаційного селектора направлені під кутом 45° до ліній решітки другого поляризаційного селектора. дифракційної напруженості дифракційної дифракційної Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4