Способ наведения управляемой ракеты
Владельцы патента RU 2295690:
Общевойсковая академия Вооруженных сил Российской Федерации (ОА ВС РФ) (RU)
Изобретение относится к военной технике, в частности к наведению управляемых ракет. Способ наведения заключается в том, что вводят дополнительные признаки максимально возможных и эффективных диапазонов дальностей наведения управляемых ракет применяемых типов, положения линии прицеливания и удаления управляемой ракеты от цели в виде соответственно сьюстированной с линией прицеливания окружности и ее размера. Выбирают наиболее целесообразный для поражения цели тип и режим наведения управляемой ракеты. Моделируют движение уловляемой ракеты вдоль линии прицеливания путем изменения размеров введенной окружности пропорционально текущему удалению управляемой ракеты от цели. Уточняют наводку линии прицеливания посредством использования дополнительного признака положения линии прицеливания в качестве указателя удаления управляемой ракеты от цели и дополнительной прицельной марки, положение которой симметрируют относительно точки прицеливания, и периодически изменяют яркость прицельных марок. Использование изобретения позволяет повысить помехоустойчивость и точность наведения управляемых ракет, что повышает на 10-15% эффективность стрельбы в условиях действия помех. 2 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к военной технике, а более конкретно к способам наведения управляемых ракет, в частности, устанавливаемых в составе противотанковых ракетных комплексов (ПГРК) управляемого ракетного вооружения как на наземных установках (на различных объектах, таких, например, как танки, боевые машины пехоты, самоходные пусковые установки и др.), так и на других: воздушных (вертолеты, самолеты), речных (катера). Наведение управляемых ракет в процессе их полета позволяет существенно повысить эффективность стрельбы комплексов вооружения, в боекомплекты которых включены управляемые ракеты В настоящее время известны различные способы наведения управляемых ракет. От эффективности способа их наведения зависит и эффективность комплексов вооружения боевых машин в целом.
Известен способ наведения противотанковых управляемых ракет (ПГУР) первого поколения, заключающийся в наведении наводчиком (оператором) на цель линии прицеливания, глазомерном измерении отклонения от нее управляемой ракеты, воздействии на органы управления ракетой в соответствии с этими отклонениями до совмещения управляемой ракеты с целью (см., например, А.Н.Латухин, «Противотанковое вооружение», М., Воениздат, 1974, С.192-236). К первому поколению относятся управляемые (противотанковые) ракеты с ручными системами наведения: французские SS-10, SS-11, SS-12, «Энтак», английские «Виджилент», «Малкара», западногерманская «Кобра», шведская «Бантам», швейцарская «Москито-64», отечественные «Шмель», «Фаланга», «Малютка» и др.
ПТУР первого поколения и способы их наведения имеют очевидные недостатки: невысокая скорость движения ракеты, а следовательно, и очень большое время полета (20-25 с), наличие не поражаемой зоны перед огневой позицией глубиной 300-600 м, малая скорострельность по сравнению с другими противотанковыми средствами, отсутствие информации о текущем удалении управляемой ракеты от цели и др. Обучение личного состава правилам стрельбы и практическим навыкам очень дорого и сложно, так как ручное управление требует строгого отбора и тщательного обучения операторов из-за необходимости непрерывного визуального слежения за ракетой и целью и управления ракетой на всей траектории. Поэтому к наводчикам (операторам) ПГУР предъявляются повышенные требования. Для обучения и периодических тренировок наводчиков управляемых ракет с ручной системой наведения требуются сложные электронно-оптические тренажеры. Кроме того, при таком способе управления практически невозможно устранить один из основных недостатков: низкую скорость полета управляемой ракеты, поскольку при увеличении скорости полета ракеты работа наводчика сильно усложняется из-за необходимости управления с помощью команд, основанных на учете взаимного положения и ракеты, и цели. Наводчик физически не успевает своевременно отслеживать одновременно и положение цели, и положение ракеты, реагировать на изменения направления полета скоростной ракеты и корректировать их. Отсутствие объективной информации о текущем удалении управляемой ракеты от цели и моменте достижения ею плоскости цели значительно усиливают напряженность оператора и приводят к снижению точности стрельбы кроме того, возникают значительные трудности при выводе ракеты на линию прицеливания. Во избежание клевка ракеты о землю вблизи пусковой установки (стреляющего объекта) последней придают значительный угол возвышения. В результате и образуется (см. выше) необстреливаемая зона, размеры которой достигают 700 м.
Известен также способ наведения управляемой ракеты комплекса управляемого ракетного вооружения 9К112-1 «Кобра» (см., например, «Комплекс вооружения танка - Т-64Б. Материалы учебного пособия, М., ВДБТВ, 1977, С.8-51). Этот способ по технической сути и существенным признакам является наиболее близким к заявляемому и принят за его прототип. Одновременно он является и базовым объектом предлагаемого способа. Способ наведения управляемой ракеты комплекса 9К112-1 «Кобра» включает формирование с помощью прицельной марки линии прицеливания и совмещение ее с целью, измерение посредством системы наведения отклонения управляемой ракеты от линии прицеливания в процессе ее полета, автоматическое формирование команды управления, соответствующей этому отклонению, автоматическую выработку и подачу на органы управления ракетой сигнала, соответствующего этой команде.
Этот способ от предшествующего отличается тем, что непрерывное слежение за целью, совмещением с нею линии прицеливания, ведет наводчик (оператор), а слежение за ракетой, измерение ее отклонений от линии прицеливания, выработка и передача команд на борт летящей ракеты, а затем на ее органы управления производятся системой наведения автоматически. Этот способ по сравнению с предшествующим обеспечивает (см. там же):
увеличение скорости полета ракеты до 200-500 м/с;
уменьшение времени полета ракеты на предельную дальность;
уменьшение «мертвой зоны» (менее 75 м) перед огневой позицией;
более высокую эффективность стрельбы в различных условиях;
упрощение работы оператора (его функции сводятся лишь к совмещению линии прицеливания с целью, а команды управления вырабатываются и передаются на ракету автоматически), что повышает точность стрельбы и сводит к минимуму влияние на ее результаты индивидуальных данных оператора;
облегчение отбора операторов, упрощение процесса и уменьшение стоимости обучения.
Однако этому способу также свойственны недостатки. Необходимость относительно продолжительного по времени удержания линии прицеливания на цели, отсутствие объективной информации о моменте подлета к ней управляемой ракеты, отсутствие информации о текущем (а в ряде случаев и о начальном) удалении управляемой ракеты от цели приводят к неопределенности в выборе типа и режима наведения управляемой ракеты, если, например, в боевом комплекте имеется несколько типов управляемых ракет с различными характеристиками, а диапазоны максимальных и эффективных дальностей наведения управляемых ракет различны, возникновению напряженности оператора и опасности потери управляемой ракеты, особенно при появлении в поле зрения оператора световых или пыледымовых помех, часто вызывающих потерю видимости цели и прицельной марки, при действии на управляемую ракету в полете воздушных потоков (бокового ветра, восходящих потоков воздуха), при отсутствии или несовершенстве алгоритма компенсации веса ракеты и др. В случае наличия на борту ракеты источника излучения (как в прототипе), необходимого для образования световой образной связи и замкнутого контура управления, слежение за целью затрудняется еще в большей степени из-за мощной световой помехи. В результате этого уровень ошибок совмещения линии прицеливания с целью остается высоким, что приводит к промаху или потере ракеты, снижению эффективности стрельбы и постоянной напряженности оператора.
Задача настоящего изобретения состоит в повышении эффективности стрельбы путем повышения помехоустойчивости визуального канала и точности наведения управляемой ракеты за счет введения дополнительной информации о параметрах процесса наведения управляемой ракеты в цель.
Решение этой задачи достигается тем, что в известный способ наведения управляемой ракеты, включающий формирование с помощью прицельной марки линии прицеливания и совмещение ее с целью, измерение посредством системы наведения отклонения управляемой ракеты от линии прицеливания в процессе ее полета, автоматическое формирование команды управления, соответствующей этому отклонению, автоматическую выработку и подачу на органы управления ракетой сигнала, соответствующего этой команде, вводят дополнительные признаки максимально возможных и эффективных диапазонов дальностей наведения управляемых ракет применяемых типов, положения линии прицеливания и удаления управляемой ракеты от цели в виде соответственно съюстированной с линией прицеливания окружности и ее размера, выбирают путем сравнения дополнительных признаков с характеристиками цели наиболее целесообразные для ее поражения тип и режим наведения управляемой ракеты, моделируют движение уловляемой ракеты вдоль линии прицеливания путем изменения размеров введенной окружности пропорционально текущему удалению управляемой ракеты от цели, уточняют наводку линии прицеливания посредством использования дополнительного признака положения линии прицеливания в качестве указателя удаления управляемой ракеты от цели и дополнительной прицельной марки, положение которой симметрируют относительно точки прицеливания, и периодически изменяют яркости прицельных марок.
При этом изменение размеров дополнительной прицельной марки производят в соответствии с выражением:
R=КпДт=Кп(До±Vнcosg·tн-Vурtур),
где R - текущий размер дополнительной прицельной марки,
Кп - коэффициент пропорциональности,
До - начальное удаление управляемой ракеты от цели,
Дт - текущее удаление управляемой ракеты от цели,
Vн - скорость носителя,
Vyp - скорость управляемой ракеты после ее пуска,
g - курсовой угол носителя,
tн - время движения носителя от определения и ввода До до пуска управляемой ракеты,
typ - время полета управляемой ракеты после ее запуска.
Периодическое изменение яркостей прицельных марок производят в соответствии с выражениями:
B=Bо(1-КяSinωt),
Вд=Вдо(1-КдяSinωt),
где В и Вд - яркости основной и дополнительной прицельных марок,
Кя и Кдя -коэффициенты пропорциональности,
Во и Вдо - начальные яркости основной и дополнительной прицельных марок,
ω - частота изменения яркостей основной и дополнительной прицельных марок,
t - текущее время.
Введение новых существенных признаков обеспечивает сокращение времени на выбор типа управляемой ракеты и режима ее наведения за счет ввода дополнительных признаков максимально возможных и эффективных диапазонов дальностей наведения управляемых ракет применяемых типов, то есть за счет повышения информативности операторов о максимально возможных и эффективных диапазонах дальностей наведения управляемых ракет, находящихся в боевом комплекте комплекса вооружения. Это способствует исключению ошибок, связанных с выбором определенного типа ракеты и режима ее наведения, так как для каждого из них установлены определенные максимальные дальности стрельбы, диапазоны эффективного огня (наведения) и пр. Если в боекомплекте комплекса вооружения применяется несколько типов управляемых ракет, то правильный выбор наиболее эффективного из них для конкретных условий представляет собой довольно сложную задачу, сопровождается ошибками, потерей времени и возникновением напряженности операторов. Введение дополнительных признаков обеспечивает также повышение помехоустойчивости визуального канала операторов и повышение точности наведения управляемой ракеты в цель за счет дополнительного ввода положения линии прицеливания в виде окружности, изменения размеров этой окружности и изменения яркостей основной и дополнительной прицельных марок.
Реализация предлагаемого способа может быть осуществлена следующим образом. В поле зрения вводят признаки, информирующие о максимально возможных и эффективных диапазонах дальностей наведения управляемых ракет, применяемых в данном (конкретном) комплексе вооружения. Если эти дополнительные признаки вводятся с использованием шкал, то, например, для прототипа максимально возможным диапазоном дальностей наведения управляемых ракет является один диапазон 25-5000 м, так как в боекомплекте используется только один тип управляемой ракеты. Эффективных диапазонов, исходя из реализованных в комплексе вооружения режимов наведения, несколько: 1) 25-1000 м, 2) 1000-4000 м, 3) 2000-4000 м. Сравнивая положение окружности (ее контура) с характеристиками введенных диапазонов, выбирают тип управляемой ракеты (если в боевом комплекте используется несколько типов управляемых ракет) и режим ее наведения. В прототипе один тип управляемой ракеты. Поэтому выбирают лишь режим наведения. Например, при дальности до цели 1500 м, то есть при удалении управляемой ракеты от цели в 1500 м, размер окружности также должен соответствовать 1500 м, так как масштабы размеров окружности и шкал диапазонов должны быть одинаковыми. В этом случае контур окружности в качестве указателя пересекает второй диапазон по отметке 1500 м. Поэтому следует выбрать второй режим наведения управляемой ракеты, так как именно он является эффективным для данных условий (первый и третий диапазоны окружностью не пересекаются).
Получив команду на поражение цели в заданном секторе (направленнии), совмещают (операторы комплексов высокоточного оружия, например, комплексов ПГУР (ТУР) и др.) с помощью прицельной марки (основной) линию прицеливания с целью, воздействуя на органы управления системы наведения. Одновременно с перемещением линии прицеливания перемещается под действием следящей системы комплекса вооружения и пусковая установка. Совместив линию прицеливания (прицельную марку) с целью, определяют и вводят (операторы) в систему наведения (и/или поле зрения) значение начального удвоения ракеты До, в соответствии с которым блоками формирования дополнительной прицельной марки и моделирования движения управляемой ракеты вдоль линии прицеливания формируют и вводят в поле зрения изображение окружности, съюстированное с линией прицеливания и с размерами, соответствующими измеренному начальному удалению. Используя контур окружности в качестве указателя и сравнивая его положение относительно введенных дополнительных признаков максимально возможных и эффективных диапазонов дальностей наведения управляемых ракет, представленных, например, в виде шкал, цветных зон и др., выбирают наиболее эффективный для конкретных условий тип управляемой ракеты, устанавливают, исходя из индивидуальных особенностей зрительного аппарата, значения канальных яркостей основной и дополнительной прицельных марок, частоты их изменения, коэффициента яркости Кя.
В том случае, если носитель пусковой установки с управляемой ракетой является подвижным и продолжает движение после появления изображения в поле зрения наводчика дополнительной прицельной марки, то размеры последней изменяют в соответствии с выражением:
R=КпДт=Кп(До±Vнcosg·tн-Vурtур),
где R - текущий размер дополнительной прицельной марки,
Кп - коэффициент пропорциональности,
До - начальное удаление управляемой ракеты от цели,
Дт - текущее удаление управляемой ракеты от цели,
Vн - скорость носителя,
Vyp - скорость управляемой ракеты после ее пуска,
g - курсовой угол носителя,
tн - время движения носителя от определения и ввода До до пуска управляемой ракеты,
typ - время полета управляемой ракеты после ее запуска.
Знак перед выражением, определяющим составляющую, вносимую вследствие движения носителя, может быть как положительным (в случае удаления носителя от цели), так и отрицательным (в случае приближения носителя к цели).
Для исключения потери видимости прицельных марок, основной и дополнительной (окружности), и повышения их контраста на фоне местности и цели их яркость периодически изменяют. Опытным путем установлено, что наиболее целесообразно изменение яркостей прицельных марок производить в соответствии с выражениями:
B=Bо(1-КяSinωt),
Вд=Вдо(1-КдяSinωt),
где В и Bд - яркости основной и дополнительной прицельных марок,
Кя и Кдя = коэффициенты пропорциональности,
Во и Вдо = начальные яркости основной и дополнительной прицельных марок,
ω - частота изменения яркостей основной и дополнительной прицельных марок,
t - текущее время.
При этом и уровень начальных яркостей прицельных марок, и их частоту, и значение коэффициентов пропорциональности целесообразно задавать одинаковыми (близкими по значению).
Убедившись в надежной видимости основной и дополнительной прицельных марок и в том, что размеры дополнительной прицельной марки не превышают допустимых, то есть удаленность управляемой ракеты не больше максимальной дальности стрельбы этой ракетой, производят ее запуск и захват системой наведения, а затем вывод на линию прицеливания. Вывод управляемой ракеты на линию прицеливания, как правило, производится автономно, по определенной программе. Захват управляемой ракеты в прототипе осуществляется благодаря установке на ракету источника светового излучения.
В соответствии с направлением и величиной отклонений управляемой ракеты от линии прицеливания, измеренными ее системой наведения, автоматически формируют команды управления, вырабатывают и подают на органы управления ракетой сигналы, соответствующие этим командам, отрабатывая которые управляемая ракета совмещается с линией прицеливания. При отсутствии внешних возмущений (воздушных потоков, погрешностей компенсации веса ракеты и др.) управляемая ракета в процессе полета к цели совершает близкие к синусоидальным колебания с небольшой амплитудой (5-15) см относительно линии прицеливания и значительной частотой (высокочастотные), Математическое ожидание (МОЖ) отклонения управляемой ракеты от линии прицеливания равно нулю (или близко к нулю). В том случай, если линия прицеливания будет точно совмещена с точкой прицеливания, то вероятность попадания будет близкой к единице, что возможно, при четкой видимости цели и центральной прицельной марки, при допустимых возмущениях. В случаях плохой видимости, действия световых и пыледымовых помех, особенно вдоль линии прицеливания между прицельной маркой и целью, а также в случае одинаковых яркостей цели и прицельной марки в прототипе операторы, как правило теряют истинное положение линии прицеливания и не могут точно удерживать центральную (основную) прицельную марку на цели. В результате этого между ними появляются дополнительные рассогласования (ошибки наводки), которые операторы не видят и устранить самостоятельно не могут. Следовательно, эффективность стрельбы снижается. Чтобы этого не допустить, и вводится дополнительный признак положения линии прицеливания в виде окружности. Чтобы исключить потерю обоих признаков положения линии прицеливания (основной и дополнительной прицельных марок) одновременно из-за действия одной и той же помехи, их размещают на относительно значительном удалении друг от друга. Так, например, если центральная прицельная марка размещается, как правило, в центре поля зрения оператора, то дополнительный признак положения линии прицеливания (дополнительную прицельную марку) первоначально целесообразно размещать как можно ближе к периферии поля зрения, особенно если дополнительный признак положения линии прицеливания выполнен в виде окружности и соответствует стрельбе на максимальную дальность для используемой управляемой ракеты. В этом случае вероятность наличия в поле зрения хотя бы одного признака положения линии прицеливания будет близкой к единице.
По мере приближения управляемой ракеты к цели размер дополнительной прицельной марки (окружности) уменьшается пропорционально ее удалению (расстоянию) от цели, и она приближается к основной прицельной марке. Появление помехи в этом случае повышает вероятность потери не только основной прицельной марки, но и дополнительной. Чтобы этого не происходило, яркость прицельных марок периодически изменяют и тем самым уменьшают вероятность ее потери на сложных (в отношении яркости) фонах местности и целей. При достижении управляемой ракетой цели (попадании или промахе) изображение дополнительной прицельной марки из поля зрения оператора выводят.
При последующем пуске реализация способа происходит аналогично.
В случае изменения яркостей местности и фона уточняются значения начальных яркостей основной и дополнительной прицельных мерок Во и Вдо и коэффициентов пропорциональности Кя и Кдя. Уточнение значений начальных яркостей основной и дополнительной прицельных марок производится исходя из условия их надежной видимости на фоне местности и цели, а коэффициентов пропорциональности - из условий отсутствия возможности потери изображений прицельных марок и дискомфорта при наблюдении за ними в диапазонах Кя=Кдя=0,1-0,5
Применение предлагаемого способа наведения управляемых ракет позволяет практически без существенного изменения его характеристик исключить ошибки и сократить время выбора необходимого типа управляемой ракеты (от 5 до 15 сек), осуществить возможность компенсации действия внешних возмущений, прежде всего, световых помех. Это позволяет существенно повысить эффективность стрельбы управляемыми ракетами, например, компенсация действия световых помех, экранирующих центральную прицельную марку, позволяет на (10-15) % повысить эффективность стрельбы управляемой ракетой по танку типа «Леопард».
1. Способ наведения управляемой ракеты, включающий формирование с помощью прицельной марки линии прицеливания и совмещение ее с целью, измерение посредством системы наведения отклонения управляемой ракеты от линии прицеливания в процессе ее полета, автоматическое формирование команды управления, соответствующей этому отклонению, автоматическую выработку и подачу на органы управления ракетой сигнала, соответствующего этой команде, отличающийся тем, что вводят дополнительные признаки максимально возможных и эффективных диапазонов дальностей наведения управляемых ракет применяемых типов, положения линии прицеливания и удаления управляемой ракеты от цели в виде сьюстированной с линией прицеливания окружности и ее размера, выбирают путем сравнения дополнительных признаков с характеристиками цели наиболее целесообразные для ее поражения тип и режим наведения управляемой ракеты, моделируют движение управляемой ракеты вдоль линии прицеливания путем изменения размеров введенной окружности пропорционально текущему удалению управляемой ракеты от цели, уточняют наводку линии прицеливания посредством использования дополнительного признака положения линии прицеливания в качестве указателя удаления управляемой ракеты от цели и дополнительной прицельной марки, положение которой симметрируют относительно точки прицеливания и периодически изменяют яркость прицельных марок.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение размеров дополнительной прицельной марки производят в соответствии с выражением
R=КпДт=Кп(Дo±Vнcosg·tн-Vурtур),
где R - текущий размер дополнительной прицельной марки;
Кп - коэффициент пропорциональности;
До - начальное удаление управляемой ракеты от цели;
Дт - текущее удаление управляемой ракеты от цели;
Vн - скорость носителя;
Vур - скорость управляемой ракеты после ее пуска;
g - курсовой угол носителя;
tн - время движения носителя от определения и ввода Д0 до пуска управляемой ракеты;
tур - время полета управляемой ракеты после ее запуска.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что периодическое изменение яркостей прицельных марок производят в соответствии с выражениями:
B=Bo(1-КяSinωt),
Вд=Вдо(1-КдяSinωt),
где В и Вд - яркости основной и дополнительной прицельных марок;
Кя и Кдя - коэффициенты пропорциональности;
Во и Вдо - начальные яркости основной и дополнительной прицельных марок;
ω - частота изменения яркостей основной и дополнительной прицельных марок;
t - текущее время.
