способ наведения управляемого объекта на цель

Формула изобретения

Способ наведения управляемого объекта на цель, который состоит в том, что принимают на управляемом объекте излучение от внешнего источника излучения и вычисляют значения управляющих сигналов U_в в вертикальной плоскости и U_г в горизонтальной плоскости пропорционально соответствующим значениям параметров управления _в и _г в этих плоскостях, отличающийся тем, что внешний источник излучения устанавливают вне цели, измеряют дальность D от места его установки до цели, магнитный азимут _вц этого места относительно цели и задают значение _тр угла подхода управляемого объекта к цели в вертикальной плоскости, определяют географические координаты - широту и долготу места установки внешнего источника излучения, вводят их и измеренные значения D, _вц в установленный на внешнем источнике излучения вычислитель, в который предварительно вводят цифровую карту района расположения цели, с использованием которой вычисляют значения высоты над уровнем моря места установки внешнего источника излучения и цели, а также вычисляют географические координаты - широту и долготу места расположения цели, кодируют излучение внешнего источника излучения значениями этих координат и высоты над уровнем моря места расположения цели, на управляемом объекте декодируют принятое излучение и получают в результате этого переданные географические координаты цели и ее высоту над уровнем моря, вводят их в установленные на управляемом объекте вычислитель, в который предварительно вводят заданное превышение H_з высоты полета управляемого объекта над местностью, заданное расстояние D_б в горизонтальной плоскости от управляемого объекта до текущей точки, находящейся впереди управляемого объекта по направлению его полета, цифровую карту местности, над которой проходит маршрут полета управляемого объекта, и заданное значение _тр, вычисляют в вычислителе управляемого объекта широту и долготу места, в котором он находится, составляющие вектора скорости цели и вектора скорости управляемого объекта, значения модулей и углов ориентации векторов дальности и скорости управляемого объекта относительно цели, требуемое значение вертикальной скорости управляемого объекта, а также значения параметров управления в горизонтальной _г и вертикальной _в плоскостях, причем значение _г равно разности углов ориентации в горизонтальной плоскости векторов дальности и скорости управляемого объекта относительно цели, значение _в до момента времени t_н, при котором достигается равенство угла ориентации в вертикальной плоскости вектора дальности управляемого объекта до цели заданному значению _тр, равно сумме, первое слагаемое которой пропорционально разности значений H_з и текущего значения H_ор высоты полета управляемого объекта над местностью, а второе слагаемое пропорционально разности требуемого и текущего значений вертикальной скорости управляемого объекта, а с момента времени t_н значение _в равно разности углов ориентации в вертикальной плоскости векторов дальности и скорости управляемого объекта относительно цели.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам наведения управляемого объекта (УО) на наземную цель и может быть использовано при создании новых и модернизации существующих систем наведения управляемых объектов класса "воздух - поверхность".

Известен способ активного самонаведения УО на цель [1], который состоит в том, что облучают цель излучением генератора, установленного на УО, принимают на УО отраженное от цели излучение, измеряют угол между направлением, с которого приходит принятое излучение, и продольной осью УО, задают требуемое значение этого угла, вычисляют разность между требуемым и измеренным значениями этого угла, пропорционально которой вычисляют управляющий сигнал для изменения направления движения УО. Недостаток этого способа наведения заключается в большой массе генератора излучения и источников его питания, устанавливаемых на УО, а также в невозможности наведения УО на цели, отраженное от которых излучение нельзя отличить от излучения, отраженного объектами окружающей цель среды.

Известен также способ пассивного самонаведения УО на цель [2], который состоит в том, что на УО принимают излучение от внешнего источника излучения, размещенного на цели, измеряют угол между направлением, с которого приходит на УО принятое излучение, продольной осью УО задают требуемое значение этого угла и вычисляют на УО разность между требуемым и измеренным значением этого угла, пропорционально которой вычисляют управляющий сигнал для изменения направления движения УО в сторону уменьшения этой разности. Недостаток этого способа заключается в том, что он не позволяет наводить УО на цели, на которых невозможно разместить внешний источник излучения.

Прототипом изобретения следует считать способ пассивного самонаведения УО на цель [2], общими признаками которого с заявляемым изобретением является то, что принимают на УО излучение от внешнего источника излучения и вычисляют на УО управляющий сигнал для изменения направления движения УО.

Кроме того, в прототипе внешний источник излучения размещают на цели, измеряют на УО угол между направлением, с которого приходит на УО принятое излучение, и продольной осью УО, задают требуемое значение этого угла и вычисляют разность между измеренным и требуемым значениями этого угла, которой пропорционален управляющий сигнал.

Недостатком прототипа является то, что им невозможно наводить УО на цели, где нельзя разместить внешний источник излучения, которое можно принять на УО.

Задача изобретения - устранение указанного недостатка, а именно обеспечение пассивного самонаведения УО на цели, где невозможно разместить внешний источник излучения (ВИИ), которое можно принять на УО.

Достигается эта задача следующим образом.

В некоторой точке И вне цели размещают ВИИ, вычисляют географические координаты этой точки, измеряют координаты цели относительно точки И и вводят эти координаты в вычислитель, установленный на ВИИ, куда предварительно также вводят цифровую карту района расположения ВИИ и цели. По этой информации в этом вычислителе вычисляют географические координаты цели и высоту цели над уровнем моря, значениями которых кодируют излучение ВИИ. На УО декодируют принятое излучение ВИИ, в результате получают на УО эти координаты цели, которые вводят в вычислитель, установленный на УО. В навигационной системе УО вычисляют географические координаты УО, вычисляют или измеряют составляющие вектора скорости УО, измеряют высоту H_ор полета УО над рельефом местности и вводят эту информацию в вычислитель УО, куда предварительно вводят цифровую карту района, в котором проходит полет УО, и вводят также заданное превышение H_з высоты полета УО над рельефом местности и заданное значение _тр угла подхода УО к цели в вертикальной плоскости. Кроме того, на УО измеряют значения _в , _г угловых скоростей вращения корпуса УО и значения n_в, n_г управляющих перегрузок УО соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях и вводят эти значения в вычислитель УО. С использованием введенной информации на УО вычисляют составляющие вектора скорости цели, значения углов A_воц, A_гоц, A_вv, A_гv ориентации в вертикальной и горизонтальной плоскостях соответственно векторов дальности и скорости УО относительно цели, требуемое значение вертикальной составляющей скорости УО, значение параметра управления _г в горизонтальной плоскости, равного разности значений A_гоц и A_гv, значение параметра управления _в в вертикальной плоскости, равного вначале сумме, первое слагаемое которой пропорционально разности значений H_з и H_ор, а второе слагаемое пропорционально разности требуемого значения и текущего значения вертикальной составляющей скорости УО, а на заключительном этапе наведения, когда A_воц больше чем _тр , это второе слагаемое равно разности значений A_воц и A_вv, также вычисляют на УО управляющий сигнал U_в в вертикальной плоскости, равный алгебраической сумме, слагаемые которой пропорциональны соответственно _в , _в и n_в, и управляющий сигнал U_в в горизонтальной плоскости, равный алгебраической сумме, слагаемые которой пропорциональны соответственно _г , _г и n_г.

На фиг.1 показаны положения УО и цели в текущий момент времени t наведения в горизонтальной (фиг.1,а) и вертикальной (фиг.1,б) плоскостях. На фиг.1 обозначено: УМ - уровень моря; Ц - место расположения цели; ГП - горизонтальная плоскость, проходящая через точку Ц; О, О" - точка, в которой находится УО, и проекция этой точки на поверхность земли; И, И" - точка, в которой находится ВИИ, и проекция этой точки на плоскость ГП; , - вектор дальности между ВИИ и целью и его проекция на плоскость ГП; Цх_гУ_г - прямоугольная система координат, расположенная в плоскости ГП, начало которой находится в точке Ц, ось Цх_г направлена по касательной к географическому меридиану, проходящему через цель, а ось Цу_г направлена по касательной к географической параллели, проходящей через цель; _и - угол превышения цели относительно точки И; С-Ю - направление магнитного меридиана в точке И; _и - угол магнитного склонения в точке И; _вц - магнитный азимут цели относительно точки И; Х_ци - проекция вектора на ось Цх_г; Y_ци - проекция вектора на ось Цу_г; , - вектор дальности между УО и целью и его проекция на плоскость ГП; X_оц, Y_оц - координаты точки О" в системе координат Цх; , - вектор скорости УО и его проекция на плоскость ГП; V_ов - вертикальная составляющая вектора ; V_ox, V_oy - проекция вектора на оси Цх_г и Ц_yг; , - вектор скорости цели и его проекция на плоскость ГП; V_цв - вертикальная составляющая вектора V_ц; V_цx, Y_цy - проекции вектора на оси Ц_xг и Ц_yг; , - вектор скорости УО относительно цели и его проекция на плоскость ГП; V_оцв - вертикальная составляющая вектора ; V_оцх, V_оцу - проекции вектора на оси Цх_г и Цу_г; A_гоц - угол ориентации вектора в горизонтальной плоскости; A_гv - угол ориентации вектора в горизонтальной плоскости; H_ц - высота точки Ц над УМ; H_и - высота точки И над УМ; H_ро - высота точки О над УМ; A_воц - угол ориентации вектора в вертикальной плоскости; A_вv - угол ориентации вектора в вертикальной плоскости.

На фиг. 2 показан график зависимости H_з (D_гоц) в случае задания этой зависимости ступенчатой функцией. На фиг.2 обозначено: H_з - заданное превышение высоты полета УО над рельефом местности; , - конкретные заданные значения H_з; D_гоц - дальность между УО и целью в горизонтальной плоскости; D_гоц1 - конкретное заданное значение D_гоц.

На фиг.3 представлена структурная схема возможного варианта устройства, реализующего предложенный способ наведения УО на цель. Пунктирными линиями ограничены элементы устройства, находящиеся в месте размещения ВИИ и на УО. В каждом элементе, имеющем более одного входа или выхода, цифрами обозначены номера соответствующих входов и выходов. На фиг.3 обозначено: 1 - приемник системы спутниковой навигации (ПССН); 2 - дальномер; 3 - магнитный компас; 4 - вычислитель; 5 - внешний источник излучения (ВИИ); 6 - приемник излучения ВИИ; 7 - приемник системы спутниковой навигации, находящейся на УО (ПССН УО); 8 - радиовысотомер; 9 - датчик угловой скорости (ДУС) _в вращения корпуса УО в вертикальной плоскости; 10 - ДУС _г вращения корпуса УО в горизонтальной плоскости; 11 - датчик управляющей перегрузки (ДУП) n_г УО в горизонтальной плоскости; 12 - ДУП n_в УО в вертикальной плоскости; 13 - вычислитель УО; _и , _и - широта и долгота места размещения ВИИ; ЦК1 - цифровая карта района расположения ВИИ и цели; _ц , _ц - широта и долгота места расположения цели; _o , _o - широта и долгота места, в котором находится УО; _тр - требуемое значение угла наклона траектории УО в вертикальной плоскости на заключительном этапе наведения УО или заданный угол подхода УО к цели в вертикальной плоскости; H_з - заданное превышение высоты полета УО над поверхностью земли; ЦК2 - цифровая карта района, в котором проходит полет УО; D_б - заданное значение расстояния от УО до текущей точки впереди УО по направлению его полета. Остальные обозначения на фиг.3 такие же как на фиг. 1.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

В точке И вне цели (фиг.1) размещают ВИИ и в текущей момент времени t наведения УО на цель измеряют дальность D(t) ВИИ до цели, магнитный азимут _вц(t) цели относительно ВИИ, широту _и(t) и долготу _и(t) и вводят эти величины в вычислитель, установленный на ВИИ. В этот же вычислитель предварительно вводят цифровую карту района расположения ВИИ и цели. С использование координат _и(t) , _и(t) и цифровой карты в вычислителе ВИИ вычисляют высоту H_и(t) точки И над уровнем моря и угол магнитного склонения _и(t) в точке И. Кроме того, в вычислителе ВИИ вычисляют широту _ц(t) , долготу _ц(t) и высоту H_ц(t) над уровнем моря точки Ц по следующему алгоритму:





где H_и(_и(t) , _и(t)) , H_ц(_ц(t) , _ц(t)) - однотипные алгоритмы вычисления высоты точки на цифровой карте по известным значениям широты и долготы этой точки;

a, e - большая полуось и эксцентриситет референц - эллипсоида, значения которых известны.

Так как алгоритмы (3) и (4) однотипны, достаточно рассмотреть существо одного из них, например, алгоритма (3). Информация о рельефе местности в цифровой карте района расположения ВИИ и цели содержится в хранящейся в памяти вычислителя матрице высот, каждый элемент H_ij (i = 1, 2, ...., n; j = 1, 2, . . . m) которой является высотой над уровнем моря точки местности, имеющей широту i и долготу j. Дискретность этой матрицы составляет по широте



а по долготе



где _max , _min - максимальная и минимальная широта района, перенесенного на цифровую карту;

_max , _min - максимальная и минимальная долгота этого района.

По введенным в вычислитель значениям широты и долготы точки И (фиг. 1) вычисляют те две пары значений аргументов матрицы, внутри которых находятся введенные значения _и и _и



Используя значения высот H_kl, H_(k+1)l, H_k(l+1), H_(k+1)(l+1), соответствующие значениям полученных пар





значений аргументов, и считая изменение высоты между этими значениями линейным, получим



где

По такому же алгоритму вычисляют высоту H_ц(t) (4) по входным данным _ц(t) , _ц(t) .

Значениями координат цели кодируют параметры излучения ВИИ, например, интервалы времени между импульсами этого излучения. На УО декодируют принятое излучение ВИИ, в результате получают на УО координаты цели и вводят их в вычислитель, установленный на УО. В навигационной системе УО вычисляют широту _o(t) и долготу точки О (фиг.1), а также измеряют или вычисляют составляющие V_ов(t), V_оx(t), V_оy(t). Кроме того, на УО измеряют высоту H_op(t) полета УО. Эти значения вводят в вычислитель УО, куда предварительно вводят цифровую карту района, в котором проходит полет УО. По введенной информации в вычислителе УО вычисляют:

1) координаты D_ноц(t), D_гоц(t), A_воц(t), A_гоц(t) положения УО относительно цели (фиг. 1)



H_оц(t) = H_о(t) - H_ц(t), (16)

H_о(t) = H_ор(t) + H_ро(t), (17)



где H_po(_o(t) , _o(t)) - алгоритм, подобный рассмотренному выше алгоритму (9);

2) составляющие вектора скорости цели





где t - заданный интервал времени;

3) составляющие вектора скорости УО относительно цели

V_оцв(t) = V_ов(t) - V_цв(t), (24)

V_оцx(t) = V_оx(t) - V_цx(t), (25)

V_оцy(t) = V_оy(t) - V_цy(t); (26)

4) модуль V_оц(t) и углы ориентации A_вv(t), A_гv(t) вектора скорости УО относительно цели (фиг.1)



5) требуемое значение V_овп(t) вертикальной составляющей скорости УО





где D_б - заданное расстояние от УО до некоторой точки, расположенной в горизонтальной плоскости впереди УО по направлению его полета. Значение D_б задают из условия безопасности УО от столкновения с землей, например D_б = 500 - 1000 м, и предварительно вводят в вычислитель УО.

Предварительно задают и вводят в вычислитель УО требуемый закон изменения заданного значения H_з превышения высоты полета УО над поверхностью земли в зависимости от D_гоц. Зависимость H_з(D_гоц) задают в виде ступенчатой или кусочно-линейной функции указанного аргумента. Пример заданной функции H_з(D_гоц) показан на фиг. 2. При D_гоц > где D_гоц = 10 - 12 км, задают , где значение = 30 - 50 м, например, задают из соображений безопасности от столкновения УО с землей и снижения вероятности обнаружения УО радиолокационными средствами, расположенными в районе цели. При D_гоц задают , где значение = 1000 - 2000 м, например, задают из условия обеспечения необходимых условий работы средств обнаружения цели, находящихся на борту УО.

Кроме того, задают и вводят в вычислитель УО требуемое значение _тр угла подхода УО к цели в вертикальной плоскости.

В процессе наведения УО на цель в вычислителе УО вычисляют текущие значения _в(t) параметра управления УО в вертикальной плоскости и _г(t) параметра управления УО в горизонтальной плоскости. Для заданной функции H_з, показанной на фиг. 2, значение _в(t) вычисляют по следующему алгоритму:



где k_H, k_v - коэффициенты пропорциональности.

Значение _г(t) определяют по формуле

_г(t) = A_гоц(t)-A_гv(t). (41)

В вычислителе УО вычисляют также значения управляющих сигналов U_в(t) и U_г(t) соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях для изменения направления движения УО в этих плоскостях



где _в(t), _г(t) - значения угловой скорости вращения корпуса УО соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях, которые измеряют в процессе наведения УО;

n_в(t), n_г(t) - значения управляющей перегрузки УО соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях, которые измеряют в процессе наведения УО;

k₁, k₂, k₃, k₄, k₅, k₆ - соответствующие коэффициенты пропорциональности.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить наведение УО на цели, на которых невозможно разместить ВИИ, чем и достигается поставленная задача изобретения.

Устройство, реализующее предложенный способ наведения УО на цель, включает элементы, находящиеся в месте установки ВИИ, и элементы, установленные на УО. В месте установки ВИИ находится ПССН 1, (фиг. 3), дальномер 2, магнитный компас 3, вычислитель 4 и ВИИ 5, причем первый и второй выходы ПССН 1 связаны соответственно с первым и вторым входами вычислителя 4, выход дальномера 2 связан с третьим входом вычислителя 4, выход магнитного компаса 3 связан с четвертым входом вычислителя 4, а первый, второй и третий выходы вычислителя 4 связаны соответственно с первым, вторым и третьим входами ВИИ 5.

На УО установлены приемник излучения ВИИ 6, ПССН УО 7, РВ 8, ДУС 9, ДУС 10, ДУП 11, ДУП 12 и вычислитель 13, причем первый, второй и третий выходы приемника 6 связаны соответственно с шестым, седьмым и восьмым входами вычислителя 13, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы ПССН 7 связаны соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами вычислителя 13, выходы ДЛУ 9 и ДЛУ 10 связаны соответственно с десятым и одиннадцатым входами вычислителя 13, а выходы ДУП 11 и ДУП 12 связаны соответственно с двенадцатым и тринадцатым входами вычислителя 13.

Работает это устройство следующим образом.

Предварительно, т.е. до начала наведения УО на цель, на пятый вход вычислителя 4 подают заданную цифровую карту ЦК1 и запоминают эту информацию в вычислителе 4. Также предварительно подают на четырнадцатый вход вычислителя 13 заданную цифровую карту ЦК2, а на пятнадцатый вход вычислителя 13 подают заданную функцию H_з (D_гоц). На шестнадцатый вход вычислителя 13 подают заданное значение _тр, а на семнадцатый вход вычислителя 13 - заданное значение D_б. Информацию, поданную на указанные входы вычислителя 13, запоминают в нем. ПССН 1, дальномер 2, магнитный компас 3 и вычислитель 4 и ВИИ 5 устанавливают в точке И (фиг. 1) вне цели. ПССН 1 принимает радиосигналы, излучаемые искусственными спутниками Земли, которые входят в состав системы спутниковой навигации, и вычисляет широту _и и долготу _и точки И. Значения _и и _и с выходов ПССН 1 поступают на соответствующие входы вычислителя 4 и запоминаются в нем. С помощью дальномера 2 измеряют дальность D между ВИИ и целью и с выхода дальномера 2 подают значение D на третий вход вычислителя 4. С помощью магнитного компаса 3 измеряют магнитный азимут _вц цели относительно ВИИ и с выхода магнитного компаса 3 подают измеренное значение _вц на четвертый вход вычислителя 4. С использованием информации, поступающей на его входы, в вычислителе 4 в соответствии с алгоритмом (1) - (8) вычисляют широту _ц(t) , долготу _ц(t) и высоту H_ц(t) места расположения цели. Эти координаты цели с соответствующих выходов вычислителя 4 (фиг. 3) подают на соответствующие входы ВИИ 5, который излучает в пространство излучение, параметры которого кодируют значениями координат цели. Приемник 6 принимает это излучение, и в результате обработки декодирует его. Поэтому на соответствующих выходах приемника 6 получают значения координат цели, которые подают на соответствующие входы вычислителя 13. ПССН УО 7 принимает радиосигналы, излучаемые искусственными спутниками Земли, которые входят в состав системы спутниковой навигации, и вычисляет широту _o(t) и долготу _o(t) точки, в которой находится УО, и значения составляющих V_ов, V_оx, V_оy скорости УО. Эти значения координат и составляющих скорости УО с соответствующих выходов ПССН УО 7 поступают на соответствующие входы вычислителя 13. РВ 8 измеряет высоту H_ор(t), которая с выхода РВ 8 поступает на девятый вход вычислителя 13. ДУС 9 и ДУС 10 измеряют соответственно значения _г и _в , которые с выходов этих ДУС подают на соответствующие входы вычислителя 13. ДУП 11 и ДУП 12 измеряют соответственно значения n_г(t) и n_в(t), которые с выходов этих ДУП подают на соответствующие входы вычислителя 13. С использованием информации, поступившей на его входы, в вычислителе 13 в соответствии с алгоритмом (9) - (43) вычисляют управляющие сигналы U_в(t) и U_г(t) для изменения направления движения УО соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Источники информации

1. Гладков Д.И. Авиационное вооружение. - М.: Воениздат, 1985, с. 84.

2. Максимов М.В., Горгонов Г.И. Радиоэлектронные системы самонаведения. - М.: Радио и связь, 1982, с.7.