Способ наведения летательных аппаратов на наземные объекты
Способ предназначен для самонаведения летательных аппаратов (ЛА) с бортовыми радиолокационными станциями (БРЛС), использующими синтезирование апертуры (СА) антенны или доплеровское обужение луча (ДОЛ) диаграммы направленности антенны на наземные объекты. Способ заключается в измерении значений дальности от наводимого ЛА до наземного объекта, скорости сближения наводимого ЛА и наземного объекта, бортового пеленга наземного объекта и угловой скорости линии визирования в горизонтальной плоскости, а также поперечного ускорения наводимого ЛА в горизонтальной плоскости, формировании сигнала управления в горизонтальной плоскости в виде суммы взвешенной на переменный коэффициент усиления разности требуемого угла упреждения и бортового пеленга наземного объекта и взвешенной на переменный коэффициент усиления угловой скорости линии визирования и значения ускорения наводимого ЛА. Значения переменных коэффициентов вычисляются с учетом текущих значений дальности от наводимого ЛА до наземного объекта и их скорости сближения, а также коэффициентов, определяющих точность наведения по бортовому пеленгу наземного объекта и угловой скорости линии визирования, а также определяющих экономичность процесса наведения, а значения требуемого угла упреждения формируются специальным образом так, чтобы учесть условия применения и обеспечить стабилизацию требуемого линейного разрешения в горизонтальной плоскости. Использование предлагаемого способа наведения позволяет обеспечить одновременно высокую точность и экономичность наведения, а также стабилизировать требуемое линейное разрешение в горизонтальной плоскости при наведении ЛА на наземные объекты с помощью БРЛС при использовании СА или ДОЛ. 15 ил.
Изобретение относится к системам самонаведения, в частности к системам самонаведения летательных аппаратов (ЛА) на наземные объекты с помощью радиолокационных средств, установленных на борту ЛА, использующих синтезирование апертуры (СА) антенны или доплеровское обужение луча (ДОЛ) диаграммы направленности антенны.
Известно несколько традиционных способов наведения ЛА на наземные объекты: способ флюгерного наведения [1, стр. 181]; способ последовательных упреждений [1, стр. 182]. В общем случае под способом наведения понимается закон формирования требуемой фазовой траектории наводимого объекта управления, наведение по которой позволит поразить цель или объект. Фазовые координаты требуемого движения находятся путем преобразования фазовых координат относительного и абсолютного движения цели (наземного объекта) и объекта управления (наводимого ЛА). Правило формирования сигналов управления, именуемых также параметрами рассогласования, по которому определяется несоответствие реальных фазовых координат наводимого ЛА их требуемым значениям называется алгоритмом траекторного управления. Следует отметить, что в системах самонаведения ЛА на наземные объекты сигналы управления (параметры рассогласования) обычно формируются в горизонтальной и вертикальной плоскостях, поскольку именно в этих плоскостях (курса и тангажа) размещаются их рулевые органы. Сущность способа флюгерного наведения заключается в том, что с направлением на наземный объект совмещается вектор воздушной скорости наводимого ЛА. В случае если параметры рассогласования для плоскостей курса и тангажа формируются в стабилизированной в пространстве измерительной системе координат, то алгоритм траекторного управления при способе флюгерного наведения определяется следующими соотношениями:

























невозможностью стабилизации требуемого линейного разрешения БРЛС в горизонтальной плоскости (поскольку при использовании способа последовательных упреждений траектория наведения близка к прямолинейной, то практически невозможно обеспечить использование СА или ДОЛ, для которых принципиальным условием является отличие от нуля значений бортового пеленга наземного объекта, что, в свою очередь, предопределяет криволинейность траекторий наведения);
отсутствием учета требований к экономичности процесса наведения, особенно при использовании криволинейных траекторий наведения (поскольку при использовании постоянных коэффициентов усиления невозможно учесть изменяющиеся в общем случае в процессе наведения затраты энергии на сигналы управления);
отсутствием учета условий применения (поскольку при изменении условий функционирования, например при изменении дальности от ЛА до наземного объекта, скорости сближения и др., постоянные коэффициенты усиления в общем случае необходимо перестраивать, то есть они не являются адаптивными к условиям применения). Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка способа наведения летательных аппаратов на наземные объекты, одновременно обеспечивающего высокую точность наведения, стабилизацию требуемого линейного разрешения в горизонтальной плоскости при использовании СА или ДОЛ в БРЛС и высокую экономичность процесса управления. Поставленная задача достигается тем, что в способе последовательных упреждений, заключающемся в том, что измеряют значения бортового пеленга наземного объекта и угловой скорости линии визирования в горизонтальной плоскости, сигнал управления в горизонтальной плоскости формируют путем суммирования взвешенных на соответствующие коэффициенты усиления значений бортового пеленга наземного объекта и угловой скорости линии визирования (2) дополнительно измеряют дальность от наводимого ЛА до наземного объекта и скорость их сближения, а также скорость наводимого ЛА и его поперечное ускорение в горизонтальной плоскости; рассчитывают требуемый угол упреждения, обеспечивающий требуемое линейное разрешение в горизонтальной плоскости, в сигнал управления в горизонтальной плоскости вводят дополнительное слагаемое, учитывающее расход текущих перегрузок (ускорений); формируют переменные коэффициенты усиления, учитывающие условия функционирования (дальность от наводимого ЛА до наземного объекта и скорость их сближения), вес ошибок наведения по бортовому пеленгу и угловой скорости линии визирования, а также требования к экономичности наведения. Последнее дает возможность в процессе наведения автоматически перераспределять приоритеты между точностью, экономичностью наведения и стабилизацией требуемого линейного разрешения. Предлагаемый способ наведения осуществляется следующим алгоритмом траекторного управления в горизонтальной плоскости:


где





Д - значение дальности от наводимого ЛА до наземного объекта;
VСБ - значение скорости сближения наводимого ЛА с наземным объектом;
V - значение скорости наводимого ЛА;
jГ - значение поперечного ускорения наводимого ЛА в горизонтальной плоскости;




1 - антенная система БРЛС:
2 - приемник/передатчик БРЛС,
3 - угломер БРЛС;
4 - вычислитель сигнала управления;
5 - система управления:
6 - летательный аппарат;
7 - автоматический селектор дальности и скорости сближения БРЛС:
8 - вычислитель требуемого угла упреждения;
9 - акселерометр. Фиг. 3 поясняет геометрические соотношения между координатами абсолютного и относительного движения наводимого ЛА и наземного объекта в горизонтальной плоскости. Фиг. 4-15 иллюстрируют эффективность функционирования предлагаемого изобретения. Рассмотрим, как функционирует один из возможных вариантов системы наведения ЛА на наземные объекты при использовании заявляемого способа наведения (фиг. 2). Антенная система 1 БРЛС осуществляет пространственную селекцию сигнала, отраженного от наземного объекта, который затем поступает на вход приемника 2 БРЛС, в котором происходит выделение сигнала, отраженного от наземного объекта, на фоне шумов за счет узкополосной доплеровской фильтрации при использовании СА или ДОЛ, с выхода приемника 2 сигнал поступает на вход автоматического селектора дальности и скорости сближения 7, в котором формируются измерения дальности от наводимого ЛА до наземного объекта и скорости их сближения, а также на вход угломера 3, в котором происходит формирование измерений бортового пеленга наземного объекта и угловой скорости линии визирования в горизонтальной плоскости. При помощи акселерометра 9 измеряется собственное поперечное ускорение ЛА в горизонтальной плоскости. Сформированные измерения дальности и скорости сближения поступают в вычислитель требуемого угла упреждения 8, в котором по соотношению (4) происходит формирование требуемого угла упреждения, обеспечивающего требуемое линейное разрешение в горизонтальной плоскости. Значение требуемого угла упреждения и все сформированные измерения поступают в вычислитель сигнала управления 4, в котором по соотношению (3) формируется сигнал управления в горизонтальной плоскости. В системе управления 5 происходит преобразование сформированного сигнала управления в горизонтальной плоскости в соответствующие управляющие воздействия, которые поступают на управляющие органы самого ЛА 6. Рассмотрим, как происходит формирование сигнала управления в горизонтальной плоскости при использовании заявляемого способа наведения в динамике. На больших расстояниях, когда Д велика и














XOZ - земная невращающаяся система координат;
ОЛА - текущее расположение ЛА;
ОНО - текущее положение наземного объекта:
VНО - вектор, характеризующий скорость и направление движения наземного объекта;
VТ и V - требуемое и фактическое значения векторов скорости наводимого ЛА;
Д - дальность от ЛА до наземного объекта;



jГ - поперечное ускорение ЛА в горизонтальной плоскости;



где


Д - дальность от ЛА до наземного объекта,
VСБ - скорость сближения ЛА с наземным объектом,
jГ - поперечное ускорение ЛА в горизонтальной плоскости,


в качестве одного из показателей качества функционирования алгоритма траекторного управления был принят текущий промах в горизонтальной плоскости, который определялся по соотношению

где Д - дальность от ЛА до наземного объекта,

VСБ - скорость сближения ЛА с наземным объектом;
текущее значение линейного разрешения в горизонтальной плоскости определялось соотношением

где Д - дальность от ЛА до наземного объекта,
V - скорость наводимого ЛА,




шумы возмущений в (5), (6) отсутствуют и управление передается безынерционно:
скорость наземного объекта равна нулю. Целью моделирования являлось исследование возможностей предложенного способа наведения по обеспечению требуемого линейного разрешения в горизонтальной плоскости и требуемой точности наведения. Исследование проводилось в несколько этапов. На первом этапе исследовалось влияние величин коэффициентов q



Исследования производились посредством моделирования во времени следующих зависимостей: Д - дальности от ЛА до наземного объекта,

























увеличение коэффициента q

увеличение коэффициента q



величина коэффициента kj, поскольку он входит как в вес ошибки наведения по бортовому пеленгу, так и в вес ошибки наведения по угловой скорости линии визирования, оказывает влияние на всем протяжении участка наведения ЛА. При этом уменьшение kj на начальном этапе приводит к более быстрой отработке начальных ошибок по требуемому бортовому пеленгу, а на конечном - к более быстрой отработке ошибок по угловой скорости линии визирования. Все эти обстоятельства приводят к тому, что лучше стабилизируется требуемое значение линейного разрешения, причем на начальном участке траектория наведения более сильно отклоняется от прямолинейной, а на конечном - ЛА быстрее выводится на наземный объект. Результаты исследований влияния величины требуемого линейного разрешения











В целом по результатам моделирования заявляемого способа наведения можно сделать следующие выводы. Результаты моделирования подтвердили работоспособность предлагаемого способа наведения ЛА на наземные объекты. Предлагаемый способ позволяет обеспечить на начальном участке наведения стабилизацию требуемого линейного разрешения в горизонтальной плоскости, а на конечном участке минимизацию текущего промаха ЛА. Варьирование величинами коэффициентов, учитывающих требования к точности и экономичности, дает возможность достаточно просто и плавно перераспределять приоритеты в наведении между обеспечением требуемого линейного разрешения по азимуту в горизонтальной плоскости и допустимыми промахами ЛА и позволяет достичь приемлемого качества функционирования предлагаемого способа наведения в целом. Использование изобретения по сравнению с прототипом за счет введения дополнительного адаптивного угла упреждения и коэффициентов усиления, адаптивно учитывающих условия применения, а также требования к точности и экономичности процесса наведения позволит, как показало моделирование, одновременно обеспечить высокую точность и экономичность наведения при стабилизации требуемого линейного разрешения по азимуту в горизонтальной плоскости при использовании в БРЛС режимов СА или ДОЛ. Кроме того, использование заявленного способа наведения ЛА на наземные объекты не налагает никаких дополнительных ограничений на элементную базу и не предъявляет никаких существенных требований к быстродействию и объему памяти вычислителей. Литература
1. Меркулов В.И., Лепин В.Н. Авиационные системы радиоуправления, ч.1, ч.2. - М.: Радио и связь, 1997.
Формула изобретения

где

q


kjГ - коэффициент, определяющий экономичность наведения в горизонтальной плоскости;
Д - значение дальности от наводимого ЛА до наземного объекта;
VСБ - значение скорости сближения наводимого ЛА с наземным объектом;


jГ - значение поперечного ускорения наводимого ЛА в горизонтальной плоскости;


где


V - значение скорости наводимого ЛА;

РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15