Способы формирования сигнала ошибки наведения

Для формирования сигнала ошибки необходимо, прежде всего, определить какие величины следует измерять для того, чтобы реализовать требуемый метод наведения. Далее необходимо определить комплекс измерительных устройств для измерения этих величин. В некоторых случаях оказывается, что одну и ту же величину можно измерить с помощью различных измерительных устройств и тогда окончательный выбор может зависеть от дополнительных условий, таких, как точность измерений, простота, надежность и т. п.

В качестве примера рассмотрим устройства, необходимые для реализации прямого метода наведения и метода пропорциональной навигации.

Для реализации прямого метода наведения нужна информация об угле пеленга цели  (рис. 4.2).

Такую информацию получают с помощью ГСН, которая измеряет углы ви­зирования цели (  и  или  и ) относительно системы координат, связанной с ГСН.

Рассмотрим движение в вертикальной плоскости. Система координат , связанная с ГСН, может ориентироваться различным способом.

Самым простым с конструктивной точки зрения является неподвижная установка ГСН относительно ЛА. Установка ГСН может быть выполнена так, что ось  совпадает с продольной осью  ЛА (рис. 4.5).

В этом случае угол , который измеряет ГСН, совпадает с углом пеленга цели . Поэтому на выходе ГСН получают сигнал, пропорциональный пеленгу цели: .

Основным недостатком такой ГСН является то, что он должен иметь сравнительно большой угол зрения. Это необходимо для уменьшения опасности потери цели при больших углах пеленга, которые могут возникать из-за колебаний ЛА относительно цели, а также при маневрах подвижной цели.

Расширение поля зрения координатора снижает его дальность дейст­вия и уменьшает угловую разрешающую способность, т.е. способность раз­личить два близких объекта.

Оси ГСН можно ориентировать относительно неподвижной системы координат .

В этом случае ГСН должна быть установлена на гиростабилизированной платформе или иметь следящий привод, управляемый сигналами от свободных гироскопов, фиксирующих заданное направление в пространстве. Основные геометрические соотношения для этого случая следуют из рис. 4.6, где ось  является осью гиростабилизатора, которая неподвижно ориентирована относительно оси . Ось  составляет угол  с осью .

В этом случае сигнал с выхода ГСН пропорционален углу

: .

Наконец, ось ГСН можно направить по линии визирования цели. В этом случае ГСН должна иметь возможность поворачиваться относительно ЛА и должна иметь привод для автоматического слежения за целью. При этом ось  должна поворачиваться так, чтобы сигналы  и , пропорциональные углам  и  или углам  и , были равны нулю.

Аналогично работают следящие системы радиолокационных станций, автоматически сопровождающих цель по угловым координатам.

Теперь с помощью датчиков, установленных на ЛА, можно измерить угол поворота оси  относительно корпуса ЛА (рис.4.7).

Если считать, что следящая система работает идеально точно (), то . Тогда на выходе датчика углового положения ГСН будет получен сигнал

.

В отличие от первого способа ориентирования координатора, когда координатор жестко связан с корпусом ЛА, в данном случае требуется при измерении угла пеленга  небольшой угол зрения.

Для ориентирования ГСН по вектору дальности можно использовать так­же следящий силовой гиростабилизатор, совмещающий функции гиростабилизатора и следящей системы, отслеживающей изменение угла между линией ви­зирования цели и некоторым фиксированным направлением.

Как и в предыдущем случае, сигналы  и , пропорциональные угловым координатам цели, используются для автоматического ориентирования оси  по вектору дальность. В этом случае можно, как и прежде измерять угол пеленга цели. Однако теперь имеется возможность измерять угловую скорость вращения  оси  ГСН. С точностью до ошибки гиростабилизатора  эта угловая скорость равна угловой скорости линии визирования цели . Следовательно, на выходе гиростабилизатора можно получить сигнал, пропорциональный угловой скорости линии визирования:

.

Свойство координатора, ориентированного по линии визирования цели, рассмотрим ниже.

При наведении ЛА по методу прямого наведения необходимо выполнение условия . Следовательно, ошибка должна быть определена соотношением , тогда сигнал наведения выбирают пропорциональным , то есть

.

В этом случае на борту ЛА нужна ГСН, измеряющая угол пеленга.

Этот метод можно реализовать посредством ГСН, ориентированной по оси ЛА.

Метод прямого наведения можно использовать для наведения на неподвижную цель.

В настоящее время наибольшее распространение получил метод пропорциональной навигации. Это связано с тем, что сигнал, пропорциональный , несет информацию о промахе ЛА, который характеризует точность наведения ЛА на цель.

Получим формулу для промаха ЛА при рассмотрении движения ЛА и цели в вертикальной плоскости.

Введем понятие мгновенного промаха. Мгновенным промахом будем называть такое значение промаха, которое имело бы место в том случае, если бы, начиная с данного момента времени, полет ЛА и цели на оставшемся до встречи участке траектории происходил равномерно и прямолинейно. Для определения промаха удобно рассматривать картину относительного движения (рис.4.8).

ЛА будет двигаться по направлению вектора . В точке А расстояние между ЛА и целью окажется минимальным и, по определению, равным промаху .

Предполагая, что начиная с данного момента времени t величины , , ,  равны нулю, а , , ,  постоянны, то траектория ЛА относительно цели будет прямой линией (линия ОА). Тогда промах h определяется отрезком ЦА, равным .

Выражая  через , получим , так как , тогда . Когда угол  мал, то справедливо допущение, что .

Здесь взят знак (-), т.к. при сближении с целью .

Тогда с учетом последнего соотношения формула для расчета мгновенного промаха будет иметь вид:

                                              (4. 1)

Точность этой формулы достаточно высокая: при расстояниях ЛА от цели, превышающих мгновенный пролет более чем в 5 раз, ошибка вычисления пролета по этой формуле не превышает 2% [12].

При малых расстояниях между ЛА и целью угол  приближается к  и формулой (4.1) пользоваться нельзя.

Более точный результат при приближенной оценке промаха можно по­лучить, если предположить, что с момента выключения управления движе­ние ЛА и цели происходит с постоянными осевой и нормальной перегрузка­ми. Промах ЛА, рассчитанный при таких допущениях называется фактическим промахом. Формулу для расчета промаха в этом случае можно посмотреть в книге [12].

Так как метод наведения должен обеспечить уменьшение промаха ЛА, то формулу метода самонаведения можно записать в виде

,                                               (4.2)

где  - коэффициент пропорциональности.

Так как реализовать такой метод не удается (из-за большого коли­чества необходимой информации), то используют формулу

,                                             (4.3)

так как .

Эта формула отражает зависимость промаха  от  (см. (4.1)).

При использовании метода пропорциональной навигации необходимо иметь ГСН, с помощью которой измеряется . Тогда ошибку наведения по методу пропорциональной навигации естественно определять как разность  и сигнал управления формировать в виде

                                  (4.4)

Для измерения  используется акселерометр, который измеряет нормальное ускорение , пропорциональное .

Поэтому для реализации метода пропорциональной навигации можно использовать ГСН со следящим гиростабилизатором и датчик линейных ускорений.

Приведенные примеры показывают, что один и тот же метод можно реализовать с использованием различных измерительных устройств.

При разработке ССН всегда стремятся использовать тот метод наведения, который решает поставленную задачу (по точности наведения), допускает простейшую техническую реализацию и требует минимального числа измерительных устройств.

Проведенные кинематические исследования показывают, что для наведения на цель, скорости которых соизмеримы со скоростью ЛА, целесообразно использовать методы наведения с упреждением, причем метод пропорциональной навигации и его частный случай - метод параллельного сближения, обеспечивают траектории, близкие к прямолинейным. Для наведения на неподвижные цели можно применять метод погони или прямого наведения.