2.3.2. Принципы построения электронного блока СКЦ
Электронный блок СКЦ предназначен для преобразования модулированного сигнала с ПЛЭ и выработки электрического управляющего сигнала, несущего информацию о величине и направлении ошибки рассогласования. Состав и принцип действия элементов электронного блока СКЦ определяется видом модуляции лучистого потока и устройством анализатора изображения. Обобщенная структурная схема электронного блока СКЦ представлена на рис. 2.15.
Рис. 2.15. Обобщенная структурная схема электронного блока СКЦ
В состав обобщенной схемы электронного блока СКЦ входят:
предусилитель, обеспечивающий предварительное усиление сигналов с ПЛЭ с регулируемым схемой АРУ коэффициентом усиления и согласование выходного сопротивления ПЛЭ с входным сопротивлением усилителя несущей частоты;
усилитель несущей частоты, обеспечивающий основное усиление сигнала на несущей частоте fн и формирование требуемой полосы пропускания f (обычно f = fн + fг, где fг – частота вращения растра и ротора гироскопа);
схема АРУ, обеспечивающая автоматическую регулировку усиления в широком динамическом диапазоне изменения входных сигналов;
детектор, обеспечивающий выделение сигнала ошибки слежения СКЦ на частоте вращения ротора гироскопа;
усилитель огибающей, предназначенный для выделения сигнала на частоте вращения ротора гироскопа, усиления этого сигнала по напряжению и формирования полосы пропускания fг 20...30 Гц;
усилитель коррекции, предназначенный для усиления сигнала огибающей до мощности, необходимой для осуществления коррекции гироскопа, и выдачи сигнала в автопилот. Нагрузкой усилителя коррекции служат катушка коррекции и последовательно соединенные с ними активные сопротивления, сигналы с которых поступают в автопилот и цепь отрицательной обратной связи усилителя коррекции.
При АФМ и ШИМ в качестве детектора используется амплитудный детектор с фильтром, выполняющий задачу преобразования пачек импульсов (см. рис. 2.8, 2.9) в синусоидальный сигнал на управляющей частоте (частоте вращения ротора гироскопа). Сущность преобразования иллюстрируется рис. 2.16 и 2.17.
Рис. 2.16. Формирование управляющего сигнала при АФМ потока
На рис. 2.16 изображены пачки импульсов напряжения, поступающего от ПЛЭ на электронный блок при АФМ, для случаев, рассмотренных на рис. 2.8. Амплитудный детектор выделяет огибающую пачек, представляющих собой пульсации прямоугольной формы. Амплитуда пульсаций пропорциональна амплитуде колебаний несущей частоты. В результате фильтрации прямоугольных пульсаций в электронном блоке выделяется первая гармоника (косинусоида) огибающей пачек. Амплитуда косинусоиды пропорциональна величине угла рассогласования между оптической осью и линией визирования. Фаза косинусоиды отображает направление рассогласования.
При ШИМ лучистого потока преобразование пачек импульсов (см. рис.2.9) осуществляется также с помощью амплитудного детектора и фильтра, выделяющего первую гармонику на управляющей частоте. С амплитудного детектора снимаются пульсации прямоугольной формы (рис. 2.17).
Так как амплитуда колебаний в пачке постоянна, то и амплитуда пульсаций тоже постоянна. Амплитуда первой гармоники огибающей пачек импульсов зависит от длительности пачек импульсов, и, следовательно, пропорциональна величине ошибки между оптической осью КЦ и линией визирования.
Рис. 2.17. Формирование управляющего сигнала при ШИМ потока
При частотной модуляции потока энергии в состав электронного блока вместо амплитудного детектора включается частотный детектор. Сущность формирования управляющего синусоидального сигнала на управляющей частоте показана на рис. 2.10.
При ВИМ информация о рассогласовании заложена в длительности импульса – чем больше ошибка рассогласования, тем меньше длительность импульса. Из анализа спектра последовательности импульсов следует, что чем меньше длительность импульса, тем больше амплитуда первой гармоники (как и при ШИМ). Таким образом, применив амплитудный детектор с фильтром, можно получить пропорциональную зависимость между ошибкой рассогласования и амплитудой первой гармоники импульсов при ВИМ (рис. 2.18).
При этом информация о плоскости рассогласования заложена в фазовом сдвиге первой гармоники (ц3).
Таким образом, независимо от вида модуляции лучистого потока электронный блок формирует управляющее синусоидальное напряжение на частоте вращения ротора гироскопа, амплитуда которого пропорциональна величине угла рассогласования, а фаза несет информацию о направлении рассогласования.
Рис. 2.18. Формирование управляющего сигнала при ВИМ потока
2.3.3. Принципы построения магнитной системы коррекции
Магнитная система коррекции предназначена для обеспечения прецессии ротора гироскопа под воздействием внешнего момента, создаваемого в катушке коррекции сигналом с усилителя мощности, со скоростью пр в направлении уменьшения ошибки рассогласования.
В состав магнитной системы коррекции входят катушка коррекции, представляющая собой соленоид, ось которого совпадает с продольной осью ракеты, и ротор гироскопа, являющийся постоянным магнитом с явно выраженными полюсами (рис. 2.19).
Сигнал коррекции с усилителя коррекции, несущий информацию об угловом рассогласовании оптической оси гироскопа с направлением на цель (), имеет вид
u = Usin(гt + ц), (2.17)
где U – амплитудное значение сигнала коррекции, пропорциональное ошибке рассогласования ;
г – частота вращения ротора гироскопа;
ц – фаза сигнала, характеризующая плоскость рассогласования.
Известно, что трехстепенной гироскоп обладает следующим свойством: если к ротору гироскопа приложить внешний момент , то ротор начнет прецессировать в направлении наикратчайшего совмещения вектора кинетического момента ротора с моментом внешних сил (рис. 2.19).
Рис. 2.19. Образование внешнего момента и прецессии ротора гироскопа
Кинетический момент ротора гироскопа характеризуется величиной
, (2.18)
где Iхг – момент инерции ротора гироскопа;
– вектор угловой скорости вращения ротора относительно оси OXг (оптической оси гироскопа).
Внешний момент в магнитной системе коррекции создается за счет взаимодействия магнитного поля ротора-магнита с магнитным полем катушки коррекции. При протекании тока через катушку коррекции в ней наводится переменное магнитное поле, которое, взаимодействуя с полем вращающегося ротора-магнита, создает внешний момент
, (2.19)
где – вектор магнитного момента ротора-магнита, направленный вдоль линии раздела полюсов (от юга к северу);
– вектор напряженности магнитного поля катушки коррекции, направленный вдоль продольной оси катушки (ракеты) в ту или иную сторону, в зависимости от направления протекания тока через катушку коррекции.
Тогда основное свойство гироскопа можно записать в виде векторного произведения:
, (2.20)
где – вектор угловой скорости прецессии ротора относительно оси OY.
Направление прецессии оптической оси гироскопа определяется по правилу трех пальцев правой руки (рис. 2.20):