Головки самонаведения. Головки самонаведения отечественных дальнобойных ракет «земля–земля Головки самонаведения ракет
Создание систем высокоточного наведения на цель дальнобойных ракет класса «земля–земля» – одна из важнейших и сложных проблем при разработке высокоточного оружия (ВТО). Это обусловлено прежде всего тем, что при прочих равных условиях сухопутные цели имеют значительно меньшее соотношение «полезный сигнал/помеха» по сравнению с морскими и воздушными, а пуск и наведение ракеты осуществляются без непосредственного контакта оператора с целью.
В высокоточных ракетных комплексах дальнего огневого поражения класса «земля–земля», реализующих концепцию эффективного поражения наземных целей боевыми частями обычного снаряжения независимо от дальности стрельбы, для управления на конечном участке траектории системы инерциальной навигации комплексируются с системами самонаведения ракет, в которых используется принцип навигации по геофизическим полям Земли. Инерциальная навигационная система как базовая обеспечивает высокую помехозащищенность и автономность комплексированных систем. Это дает ряд неоспоримых преимуществ, в том числе в условиях непрерывного совершенствования систем противоракетной обороны.
Для комплексирования инерциальных систем управления с системами самонаведения по геофизическим полям Земли в первую очередь необходима специальная система информационного обеспечения.
Идеология и принципы системы информационного обеспечения определяются основными характеристиками объектов поражения и собственно комплексов вооружения. Функционально информационное обеспечение высокоточных ракетных комплексов включает в себя такие основные составляющие, как получение и дешифрование разведывательной информации, выработка целеуказания, доведение информации целеуказания до комплексов ракетного оружия.
Важнейшим элементом систем высокоточного наведения ракет являются головки самонаведения (ГСН). Одной из отечественных организаций, занимающейся разработками в данной области, является Центральный НИИ автоматики и гидравлики (ЦНИИАГ), расположенный в Москве. Там был накоплен большой опыт по разработке систем наведения ракет класса «земля–земля» с головками самонаведения оптического и радиолокационного типов с корреляционно-экстремальной обработкой сигналов.
Применение корреляционно-экстремальных систем самонаведения по картам геофизических полей путем сравнения значений геофизического поля, измеренного в полете, с заложенной в память бортовой ЭВМ его эталонной картой позволяет исключить ряд накопленных ошибок управления. Для систем самонаведения по оптическому изображению местности эталонной картой может служить оптический разведывательный снимок, на котором цель определяется практически без ошибок относительно элементов окружающего ландшафта. В силу этого ГСН, ориентирующаяся по элементам ландшафта, наводится именно в указанную точку независимо от того, с какой точностью известны ее географические координаты.
Появлению опытных образцов оптических и радиолокационных корреляционно-экстремальных систем и их ГСН предшествовал огромный объем теоретических и экспериментальных исследований в области информатики, теорий распознавания образов и обработки изображений, основ разработки аппаратного и программного обеспечения для текущих и эталонных изображений, организации банков фоно-целевой обстановки различных участков земной поверхности в различных диапазонах электромагнитного спектра, математического моделирования ГСН, вертолетных, самолетных и ракетных испытаний.
Конструкция одного из вариантов оптической ГСН приведена на рис. 1
.
Оптическая ГСН обеспечивает в полете распознавание участка ландшафта в районе цели по его оптическому изображению, сформированному объективом координатора на поверхности матричного многоэлементного фотоприемника. Каждый элемент приемника преобразует яркость соответствующего ему участка местности в электрический сигнал, который поступает на вход кодирующего устройства. Сформированный этим устройством бинарный код записывается в память ЭВМ. Здесь же хранится эталонное изображение искомого участка местности, полученное по фотоснимку и закодированное по тому же алгоритму. При сближении с целью ведется ступенчатое масштабирование путем вызова из памяти ЭВМ эталонных изображений соответствующего масштаба.
Распознавание участка местности производится в режимах захвата и сопровождения цели. В режиме сопровождения цели используется беспоисковый метод, основанный на алгоритмах теории распознавания образов.
Алгоритм работы оптической ГСН предоставляет возможность формировать сигналы управления как в режиме непосредственного наведения, так и в режиме экстраполяции углов наведения. Это позволяет не только повысить точность наведения ракеты на цель, но и обеспечить экстраполяцию сигналов управления в случае срыва сопровождения цели. Достоинство оптических ГСН – пассивный режим работы, высокая разрешающая способность, малые масса и габариты.
Радиолокационные ГСН обеспечивают высокую погодную, сезонную и ландшафтную надежность при существенном уменьшении инструментальных ошибок системы управления и целеуказания. Общий вид одного из вариантов радиолокационной ГСН приведен на рис. 2
.
Принцип действия радиолокационной ГСН основан на корреляционном сравнении текущего радиолокационного яркостного изображения местности в районе цели, получаемого на борту ракеты с помощью радиолокатора, с эталонными изображениями, синтезированными предварительно по первичным информационным материалам. В качестве первичных информационных материалов используются топографические карты, цифровые карты местности, аэрофотоснимки, космические снимки и каталог удельных эффективных поверхностей рассеяния, характеризующих отражательные радиолокационные свойства различных поверхностей и обеспечивающих перевод оптических снимков в радиолокационные изображения местности, адекватные текущим изображениям. Текущие и эталонные изображения представляются в виде цифровых матриц, и их корреляционная обработка проводится в бортовой ЭВМ в соответствии с разработанным алгоритмом сравнения. Главной целью работы радиолокационной ГСН является определение координат проекции центра масс ракеты относительно точки цели в условиях работы по местности различной информативности, заданных метеорологических условиях с учетом сезонных изменений, наличия радиотехнического противодействия и влияния динамики полета ракеты на точность съема текущего изображения.
Разработка и дальнейшее совершенствование оптических и радиолокационных ГСН базируются на научных и технических достижениях в области информатики, вычислительной техники, систем обработки изображений, на новых технологиях создания ГСН и их элементов. Разрабатываемые в настоящее время высокоточные системы самонаведения вобрали в себя накопленный опыт и современные принципы создания таких систем. Они используют высокопроизводительные бортовые процессоры, позволяющие реализовать сложные алгоритмы функционирования систем в масштабе реального времени.
Следующим шагом в создании точных и надежных систем самонаведения высокоточных ракет класса «земля–земля» стала разработка многоспектральных систем коррекции видимого, радио-, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, комплексированных с каналами прямого наведения ракет на цель. Разработка каналов прямого наведения на цель сопряжена со значительными трудностями, связанными с особенностями целей, траекторий ракет, условиями их применения, а также типом головных частей и их боевыми характеристиками.
Сложность распознавания целей в режиме прямого наведения, определяющая сложность программно-алгоритмического обеспечения высокоточного наведения, привела к необходимости интеллектуализации систем наведения. Одним из ее направлений следует считать реализацию в системах принципов искусственного интеллекта на базе нейроподобных сетей.
Серьезные успехи фундаментальных и прикладных наук в нашей стране, в том числе в области теории информации и теории систем с искусственным интеллектом, позволяют реализовать концепцию создания суперточных, прецизионных ракетных систем поражения наземных целей, обеспечивающих эффективность работы в широком спектре условий боевого применения. Одной из последних реализованных разработок в данной области является оперативно-тактический ракетный комплекс «Искандер».
И др.) для обеспечения прямого попадания в объект атаки или сближение на расстояние, меньшее радиуса поражения боевой части средства поражения (СП), то есть для обеспечения высокой точности наведения на цель. ГСН является элементом системы самонаведения .
СП, оборудованное ГСН, может «видеть» «подсвеченную» носителем или ей самой, излучающую или контрастную цель и самостоятельно наводиться на неё, в отличие от ракет, наводимых командным способом.
Виды ГСН
- РГС (РГСН) - радиолокационная ГСН:
- АРГСН - активная РГС, имеет на борту полноценную РЛС , может самостоятельно обнаруживать цели и наводиться на них. Применяется в ракетах классов «воздух-воздух», «земля-воздух», противокорабельных;
- ПАРГСН - полуактивная РГС, ловит сигнал РЛС сопровождения, отражённый от цели. Применяется в ракетах классов «воздух-воздух», «земля-воздух»;
- Пассивная РГСН - наводится на излучение цели. Применяется в противорадиолокационных ракетах, а также в ракетах, наводящихся на источник активных помех.
- ТГС (ИКГСН) - тепловая, инфракрасная ГСН. Применяется в ракетах классов «воздух-воздух», «земля-воздух», «воздух-земля».
- ТВ-ГСН - телевизионная ГСН. Применяется в ракетах класса «воздух-земля», некоторых ракетах класса «земля-воздух».
- Лазерная ГСН. Применяется в ракетах «воздух-земля», «земля-земля», авиабомбах.
Разработчики и производители ГСН
В Российской Федерации производство головок самонаведения различных классов сосредоточено на ряде предприятий военно-промышленного комплекса. В частности, активные головки самонаведения для ракет малой и средней дальности класса «воздух-воздух» серийно выпускаются во ФГУП «НПП „Исток“» (г. Фрязино Московской области).
Литература
- Военный энциклопедический словарь / Пред. Гл. ред. комиссии: С. Ф. Ахромеев . - 2-е изд. - М .: Воениздат , 1986. - 863 с. - 150 000 экз. - ISBN , ББК 68я2, В63
- Куркоткин В. И., Стерлигов В. Л. Самонаведение ракет. - М .: Воениздат , 1963. - 92 с. - (Ракетная техника). - 20 000 экз. - ISBN 6 Т5.2, К93
Ссылки
- Полковник Р. Щербинин Головки самонаведения перспективных зарубежных управляемых ракет и авиабомб // Зарубежное военное обозрение . - 2009. - № 4. - С. 64-68. - ISSN 0134-921X .
Примечания
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Головка самонаведения" в других словарях:
Устройство на управляемых носителях боевых зарядов (ракетах, торпедах и др.) для обеспечения прямого попадания в объект атаки или сближения на расстояние, меньшее радиуса поражения зарядов. Головка самонаведения воспринимает энергию, излучаемую… … Морской словарь
Автоматическое устройство, устанавливаемое в управляемых ракетах, торпедах, бомбах и др. для обеспечения высокой точности наведения на цели. По виду воспринимаемой энергии делятся на радиолокационные, оптические, акустические и др … Большой Энциклопедический словарь
- (ГСН) автоматическое измерительное устройство, устанавливаемое на самонаводящихся ракетах и предназначенное для выделения цели на окружающем фоне и измерения параметров относительного движения ракеты и цели, используемых для формирования команд… … Энциклопедия техники
Автоматическое устройство, устанавливаемое в управляемых ракетах, торпедах, бомбах и др. для обеспечения высокой точности наведения на цели. По виду воспринимаемой энергии делятся на радиолокационные, оптические, акустические и др. * * * ГОЛОВКА… … Энциклопедический словарь
головка самонаведения - nusitaikymo galvutė statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. homing head; seeker vok. Zielsuchkopf, f rus. головка самонаведения, f pranc. tête autochercheuse, f; tête autodirectrice, f; tête d autoguidage, f … Radioelektronikos terminų žodynas
головка самонаведения - nusitaikančioji galvutė statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Automatinis prietaisas, įrengtas valdomojoje naikinimo priemonėje (raketoje, torpedoje, bomboje, sviedinyje ir pan.), jai tiksliai į objektus (taikinius) nutaikyti. Pagrindiniai… … Artilerijos terminų žodynas
Устройство, находящееся на самоуправляемом снаряде (зенитной ракете, торпеде и др.), следящее за целью и вырабатывающее команды для автоматического наведения снаряда на цель. Г. с. может управлять полётом снаряда на всей его траектории… … Большая советская энциклопедия
головка самонаведения Энциклопедия «Авиация»
головка самонаведения - Структурная схема радиолокационной головки самонаведения. головка самонаведения (ГСН) автоматическое измерительное устройство, устанавливаемое на самонаводящихся ракетах и предназначенное для выделения цели на окружающем фоне и измерения… … Энциклопедия «Авиация»
Автоматич. устройство, устанавливаемое на носителе боевого заряда (ракете, торпеде, бомбе и др.) для обеспечения высокой точности наведения на цель. Г. с. воспринимает энергию, получаемую или отражаемую целью, определяет положение и характер… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Государственный комитет РФ по высшему образованию
БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
_____________________________________________________________
Кафедра радиоэлектронных устройств
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ ГОЛОВКА САМОНАВЕДЕНИЯ
Санкт-Петербург
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЛГС.
2.1 Назначение
Радиолокационная головка самонаведения устанавливается на ракете класса "земля-воздух" для обеспечения на конечном этапе полета ракеты автоматического захвата цели, ее автосопровождения и выдачи сигналов управления на автопилот (АП) и радиовзрыватель (РБ).
2.2 Технические характеристики
РЛГС характеризуется следующими основными тактико-техническими данными:
1. зона поиска по направлению:
По азимуту ± 10°
По углу места ± 9°
2. время обзора зоны поиска 1,8 - 2,0 сек.
3. время захвата цели по углу 1,5 сек (не более)
4. маμмальные углы отклонения зоны поиска:
По азимуту ± 50° (не менее)
По углу места ± 25° (не менее)
5. маμмальные углы отклонения равносигнальной зоны:
По азимуту ± 60° (не менее)
По углу места ± 35° (не менее)
6. дальность захвата цели типа самолета ИЛ-28 с выдачей сигналов управления на (АП) при вероятности не ниже 0,5 -19 км, а при вероятности не ниже 0,95 -16 км.
7 зона поиска по дальности 10 - 25 км
8. рабочий диапазон частот f ± 2,5%
9. средняя мощность передатчика 68 Вт
10. длительность ВЧ-импульса 0,9 ± 0,1 мксек
11. период следования ВЧ-импульсов Т ± 5%
12. чувствительность приемных каналов - 98дб (не менее)
13.потребдяема мощность от источников питания:
От сети 115 в 400 Гц 3200 Вт
От сети 36 в 400 Гц 500 Вт
От сети 27 600 Вт
14.вес станции – 245 кг.
3. ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ И ПОСТРОЕНИЯ РЛГС
3.1 Принцип действия РЛГС
РЛГС представляет собой радиолокационную станцию 3-х сантиметрового диапазона, работающую в режиме импульсного излучения. При самом общем рассмотрении РЛГС может быть разбита на две части: - собственно радиолокационную часть и автоматическую часть, обеспечивающую захват цели, ее автоматическое сопровождение по углу и дальности и выдачу сигналов управления на автопилот и радиовзрыватель.
Радиолокационная часть станции работает обычным образом. Высокочастотные электромагнитные колебания, генерируемые магнетроном в виде очень коротких импульсов, излучаются с помощью остронаправленной антенны, принимаются той же антенной, преобразуются и усиливаются в приемном устройстве, проходят далее в автоматическую часть станции - систему углового сопровождения цели и дальномерное устройство.
Автоматическая часть станции состоит из трех следующих функциональных систем:
1. системы управления антенной, обеспечивающей управление антенной во всех режимах работы РЛГС (в режиме "наведение", в режиме "поиск" и в режиме "самонаведение", который в свою очередь, подразделяется на режимы "захват" и "автосопровождение")
2. дальномерного устройства
3. вычислителя сигналов управления, подаваемых на автопилот и радиовзрыватель ракеты.
Система управления антенной в режиме "автосопровождение" работает по так называемому дифференциальному методу, в связи с чем в станции применена специальная антенна, состоящая из сфероидального зеркала и 4-х излучателей, вынесенных на некоторое расстояние перед зеркалом.
При работе РЛГС на излучение формируется одно-лепестковая диаграмма направленности с маμмумом совпадающим с осью антенной системы. Это достигается за счет разной длины волноводов излучателей - имеется жесткий сдвиг по фазе между колебаниями разных излучателей.
При работе на прием диаграммы направленности излучателей сдвинуты относительно оптической оси зеркала и пересекаются на уровне 0,4.
Связь излучателей с приемопередающим устройством осуществляется через волноводный тракт, в котором имеются два последовательно включенных ферритовых коммутатора:
· коммутатор осей (ФКО), работающий с частотой 125 Гц.
· коммутатор приемников (ФКП), работающий с частотой 62,5 Гц.
Ферритовые коммутаторы осей переключают волноводный тракт таким образом, что сначала подключают к передатчику все 4 излучателя, формируя одно-лепестковую диаграмму направленности, а затем к двухканальному приемнику, то излучатели, создающие две диаграммы направленности, расположенные в вертикальной плоскости, то излучатели, создающие две диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. С выходов приемников сигналы попадают на схему вычитания, где в зависимости от положения цели относительно равносигнального направления, образованного пересечением диаграмм направленности данной пары излучателей, вырабатывается разностный сигнал, амплитуда и полярность которого определяется положением цели в пространстве (рис. 1.3).
Синхронно с ферритовым коммутатором осей в РЛГС работает схема выделения сигналов управления антенной, с помощью которой вырабатывается сигнал управления антенной по азимуту и по углу места.
Коммутатор приемников переключает входы приемных каналов с частотой 62,5Гц. Коммутация приемных каналов связана с необходимостью усреднения их характеристик, так как дифференциальный метод пеленгации цели требует полной идентичности параметров обоих приемных каналов. Дальномерное устройство РЛГС представляет собой систему с двумя электронными интеграторами. С выхода первого интегратора снимается напряжение, пропорциональное скорости сближения с целью, с выхода второго интегратора - напряжение, пропорциональное дальности до цели. Дальномер осуществляет захват ближайшей цели в диапазоне 10-25км с последующим ее автосопровождением до дальности 300 метров. На дальности 500 метров с дальномера выдается сигнал, служащий для взвода радио-взрывателя (РВ).
Вычислитель РЛГС является счетно-решающим устройством и служит для Формирования сигналов управления, выдаваемых РЛГС на автопилот (АП) и РВ. На АП подаётся сигнал, представляющий проекции вектора абсолютной угловой скорости луча визирования цели на поперечные оси ракеты. Эти сигналы используются для управления ракетой по курсу и тангажу. На РВ с вычислителя поступает сигнал, представляющий проекцию вектора скорости сближения цели с ракетой на полярное направление луча визирования цели.
Отличительными особенностями РЛГС по сравнению с другими аналогичными ей по своим тактико-техническим данным станциями являются:
1. применение в РЛГС длиннофокусной антенны, характеризующейся тем, что Формирование и отклонение луча осуществляется в ней с помощью отклонения одного довольно легкого зеркала, угол отклонения которого вдвое меньше угла отклонения луча. Кроме того, в такой антенне отсутствуют вращающиеся высокочастотные переходы, что упрощает ее конструкцию.
2. использование приемника с линейно-логарифмической амплитудной характеристикой, что обеспечивает расширение динамического диапазона канала до 80 дб и, тем самым, делает возможным пеленгацию источника активной помехи.
3. построение системы углового сопровождения по дифференциальному методу, обеспечивающему высокую помехозащищенность.
4. применение в станции оригинальной двухконтурной замкнутой схемы компенсации рыскания, обеспечивающей высокую степень компенсации колебаний ракеты относительно луча антенны.
5. конструктивное выполнение станции по так называемому контейнерному принципу, характеризующемуся целым рядом преимуществ в отношении снижения общего веса, использовании отведенного объема, уменьшении межблочных связей, возможности применения централизованной системы охлаждения и т.п.
3.2 Отдельные функциональные системы РЛГС
РЛГС может быть разбита на ряд отдельных функциональных систем, каждая из которых решает вполне определенную частную задачу (или несколько более или менее близких между собой частных задач) и каждая из которых в той или иной мере оформлена в виде отдельной технологической и конструктивной единицы. Таких Функциональных систем в РЛГС четыре:
3.2.1 Радиолокационная часть РЛГС
Радиолокационная часть РЛГС состоит из:
· передатчика.
· приемника.
· высоковольтного выпрямителя.
· высокочастотной части антенны.
Радиолокационная часть РЛГС предназначена:
· для генерирования высокочастотной электромагнитной энергии заданной частоты (f±2,5%) и мощности 60 Вт, которая в виде коротких импульсов (0,9 ± 0,1 мксек) излучается в пространство.
· для последующего приема отраженных от цели сигналов, их преобразования в сигналы промежуточной частоты (Fпч=30 МГц), усиления (по 2-м идентичным каналам), детектирования и выдачи на другие системы РЛГС.
3.2.2. Синхронизатор
Синхронизатор состоит из:
· узла манипуляции приема и синхронизации (МПС-2).
· узла коммутации приемников (КП-2).
· узла управления ферритовыми коммутаторами (УФ-2).
· узла селекции и интегрирования (СИ).
· узла выделения сигнала ошибки (СО)
· ультразвуковой линии задержки (УЛЗ).
Назначением этой части РЛГС является:
· формирование импульсов синхронизации для запуска отдельных схем в РЛГС и импульсов управления приемником, узлом СИ и дальномером (узел МПС-2)
· формирование импульсов управления ферритовым коммутатором осей, ферритовым коммутатором приемных каналов и опорного напряжения (узел УФ-2)
· интегрирование и суммирование принятых сигналов, нормирование напряжения для управления АРУ, преобразование видеоимпульсов цели и АРУ в радиочастотные сигналы (10 МГц) для осуществления задержки их в УЛЗ (узел СИ)
· выделение сигнала ошибки, необходимого для работы системы углового сопровождения (узел СО).
3.2.3. Дальномер
Дальномер состоит из:
· узла временного модулятора (ЕМ).
· узла временного дискриминатора (ВД)
· двух интеграторов.