Структурная схема контура управления в целом представлена на рис. 2.6.
При этом аппаратурная часть, включающая цепь прохождения сигнала (координатор, УВК, АП с системами стабилизации и управления нормальными перегрузками ракеты), с учетом ее стационарности и работы в линейном режиме, свернута в одно целое. Передаточная функция аппаратурной части при этом будет иметь вид
Kач(р) = Wу(p):л(p) = Kачp(1+b1p+...+bmpm):(1+a1p+...+anpn), (2.6)
где Kач, bi, aj – коэффициенты многочлена, связанного с параметрами передаточных функций элементов.
Рис. 2.6. Передаточная функция контура управления
Таким образом, контур управления самонаводящихся ЗУР представляет собой замкнутую систему автоматического управления движением центра масс ракеты, в котором координатор, УВК и АП выполняют роль автоматического управляющего устройства.
2.3. Принципы построения пассивных головок самонаведения
Основным элементом самонаводящихся ЗУР, определяющим параметры относительного движения ракеты и цели является головка самонаведения (ГСН). Основными классификационными признаками ГСН являются [8]:
в зависимости от вида используемой энергии для извлечения информации - радиолокационные и оптические;
в зависимости от места нахождения источника энергии - активные (передатчик на борту ЗУР), полуактивные (передатчик, станция подсвета на земле), пассивные (источник информации сама цель);
по типу применяемого привода координатора цели ГСН - электромеханические, гироскопические и электрогидравлические.
Для формирования сигналов управления, обеспечивающих самонаведение ракеты на цель по методу пропорционального сближения, ГСН должна поддерживать непрерывный информационный контакт с целью вдоль линии визирования и обеспечивать:
формирование сигнала, пропорционального углу рассогласования между оптической осью ГСН и линией визирования цели (ошибки слежения ГСН), необходимого для нормальной работы системы слежения ГСН;
формирование сигнала, пропорционального угловой скорости линии визирования (ошибки наведения);
формирование сигнала, пропорционального углу пеленга.
Основу оптических ГСН составляет следящий координатор цели (СКЦ), предназначенный для непрерывного автоматического определения угла рассогласования между оптической осью координатора и направлением на цель и сведения угла рассогласования к нулю в режиме слежения.
Функционально необходимыми элементами существующих СКЦ являются координатор цели (КЦ), электронный блок и магнитная система коррекции гироскопа [7].
Для обеспечения работы СКЦ в оптическую ГСН входят также ряд автономных систем:
разгона ротора гироскопа;
стабилизации оборотов ротора гироскопа;
электрического арретирования ротора гироскопа;
охлаждения приемника лучистой энергии (ПЛЭ).
2.3.1. Принципы построения координатора цели
Координатор цели является измерительным устройством СКЦ, предназначенным для преобразования теплового излучения от цели в электрический сигнал, несущий информацию о величине и направлении угла рассогласования (см. рис. 2.2) между линией визирования и оптической осью координатора.
В состав типового координатора цели входят: оптическая система; анализатор изображения; приемник лучистой энергии (ПЛЭ) и трехстепенной гироскоп.
Оптическая система является зеркально-линзовой (рис. 2.7) и предназначена для приема лучистой энергии от цели и фокусирования ее в пятно небольших размеров (порядка 0,03 мм). К основным показателям качества оптических систем можно отнести [5, 7, 9]:
коэффициент полезного действия оптической системы, определяющий потери энергии излучения в этой системе:
коэффициент оптического усиления, характеризующий энергетическую эффективность оптической системы;
оптическую передаточную функцию;
разрешающую способность и др.
Принцип действия оптической системы заключается в следующем. Поток лучистой энергии от цели и фона проходит через обтекатель 1 и поступает на главное зеркало 6. Для обеспечения малых потерь обтекатель должен обладать высокими теплопроводностью и теплоемкостью и малой излучательной способностью, чтобы при аэродинамическом обтекании его нагрев был минимальным и равномерным, а теплоотдача во внешнюю среду и корпус ракеты была максимальна. В противном случае он будет нагреваться до высокой температуры и его собственное излучение в направлении ПЛЭ создаст существенные помехи.
Рис. 2.7. Оптическая система координатора цели:
1 – обтекатель; 2 – бленда; 3 – вторичное зеркало; 4 – корректирующая линза; 5 – анализатор изображения; 6 – главное зеркало; 7 – приемник лучистой энергии; 8 – иммерсионная линза; 9 – интерференционный (светоделительный) фильтр
Главное зеркало 6 представляет собой сферическую поверхность, фокусирующую отраженную лучистую энергию на вторичное зеркало 3. После вторичного отражения лучи попадают на корректирующую линзу 4, где происходит исправление искажений лучистого потока энергии и его фокусировка в плоскости анализатора изображения 5. Далее промодулированный поток лучистой энергии через иммерсионную линзу 8 поступает на ПЛЭ 7. Иммерсионная линза обеспечивает равномерную засветку ПЛЭ для исключения влияния на его выходной сигнал неравномерной чувствительности фотослоя.
Все элементы оптической системы, кроме обтекателя, закреплены на роторе гироскопа и вращаются вместе с ним.
В двухцветных ОГСН (9Э47, 9Э410) в состав оптической системы, кроме перечисленных выше элементов, входит и интерференционный фильтр 9, обеспечивающий разделение потока излучения по длине волны излучения. При этом коротковолновое излучение отражается от фильтра, а длинноволновое им пропускается.
Анализатор изображения (называемый также модулирующим диском или растром) предназначен для извлечения из потока излучения в виде изображения наблюдаемого объекта информации о параметрах или свойствах этого объекта [5]. Обычно анализ изображения осуществляется путем непрерывной или дискретной выборки значений потока излучения в отдельных точках (участках) плоскости изображения (фокальной плоскости оптической системы). Такая пространственная выборка чаще всего реализуется путем последовательного во времени анализа (просмотра) плоскости изображения за счет взаимного перемещения анализатора и изображения потока излучения.
Прием полезного сигнала и измерение его параметров в оптических ГСН (ОГСН) нельзя или трудно вести, если не принять специальных мер, обеспечивающих отделение (фильтрацию) сигнала от помех и предварительное выделение достаточно характерных признаков полезного сигнала в общем потоке излучения. К числу таких мер относятся модуляция и демодуляция. В ОГСН функции анализатора выполняются элементом, который одновременно осуществляет и модуляцию потока излучения. Как правило, такими элементами являются модулирующие растры (диски).
Модуляцией принято называть изменение одного или нескольких параметров сигнала – носителя информации. Модуляция потока служит обычно для решения двух основных задач [5]: