Страница 10 из 69
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]:
для изменения параметров сигнала в соответствии какими-либо свойствами или параметрами наблюдаемого объекта, например, его углового положения относительно оптической оси СКЦ;
для выделения полезного сигнала на фоне помех и шумов, т.е. для решения задачи пространственной фильтрации.
Пространственная фильтрация заключается в выделении полезного сигнала на фоне помех за счет различия в их пространственно-частотных спектрах или, что фактически одно и то же, за счет различия в их пространственной структуре, например, в угловых размерах (точечного излучателя на фоне крупноразмерного). Решение этой задачи осуществляется путем "переноса" спектра сигнала в ту область частот, где меньше влияние внутренних и внешних помех.
Демодуляцией (детектированием) называется нелинейная операция выделения полезной (низкочастотной) информации, заключающаяся в "возвращении" спектра сигнала в низкочастотную область, т.е. в восстановлении модулирующего сигнала. Операция детектирования обычно реализуется в электронном тракте СКЦ.
Конструктивно АИ представляет собой плоскопараллельную пластинку с рисунком, образующим прозрачные и непрозрачные для лучистого потока участками.
В ОГСН существующих ЗРК БД широкое применение нашли следующие виды модуляции лучистого потока [4, 9, 10, 11, 12]:
амплитудно-фазовая (АФМ) – в ОГСН 9Э41, 9Э47;
широтно-импульсная (ШИМ) – в ОГСН 9Э46;
частотная (ЧМ) – в ОГСН 9Э45, 9Э47, 9Э418;
времяимпульсная (ВИМ) – в 9Э410.
Рассмотрим сущность этих видов модуляции более подробно.
Анализатор изображения с АФМ представляет собой модулирующий растр (рис. 2.8), разделенный на две половины, одна из которых имеет коэффициент пропускания равный 0,5, а вторая половина выполнена в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных секторов (9 пар). Растр расположен в фокальной плоскости изображения цели и вращается вместе с элементами оптической системы, закрепленными на роторе-магните гироскопа. Размеры изображения цели в плоскости растра соизмеримы с поперечным линейным размером прозрачных секторов на радиусе растра.