Способ селекции импульсов и селектор импульсов полуактивной головки самонаведения

Изобретение относится к области импульсной техники, в частности к селекторам по периоду следования, и к области головок самонаведения. Технический результат заключается в уменьшении времени поиска и обеспечении перехода в режим слежения при отказе одного из каналов в диапазоне возможных частот вращения. Технический результат достигается за счет селектора импульсов полуактивной головки самонаведения вращающихся по крену артиллерийских снарядов, содержащего блок выделения первого импульса, первую схему ИЛИ, элемент задержки, блок формирования строба, схему И, первый и второй пересчетные блоки, вторую схему ИЛИ, многоканальный усилитель, блок компараторов, блок триггеров, генератор импульсов, счетчик импульсов, регистр, блок умножения, сравнивающее устройство, таймер, блок счетчиков, шифратор, приемник излучения с чувствительными элементами и схему И-ИЛИ с соответствующими связями. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемая группа изобретений относится к способам и устройствам селекции импульсов полуактивных головок самонаведения, используемым для формирования сигналов управления вращающимися артиллерийскими снарядами и ракетами.

Известен способ селекции импульсов, реализованный в патенте №2073953, кл. Н03К 5/26 от 04.11.93 г., заключающийся в том, что задают допустимое отклонение периода повторения импульсов, задают число попаданий в заданный интервал, определяемый по допустимому отклонению периода повторения от заданного, задают число допустимых непопаданий в заданный интервал. При этом первый пришедший импульс принимают принадлежащим к искомой последовательности импульсов. Далее формируют интервалы попадания импульсов таким образом, что середина интервала отстоит от первого пришедшего импульса на время, равное заданному периоду повторения импульсов, а длительность интервала равна удвоенному допустимому отклонению периода повторения импульсов. При попадании очередного импульса в сформированный таким образом временной интервал текущее количество попаданий увеличивается, а количество непопаданий принимают равным нулю. При достижении заданного количества попаданий последний из заданного количества импульсов считают принадлежащим к искомой последовательности и, начиная с него, осуществляется слежение. При достижении заданного количества непопаданий процесс поиска повторяют. Селектор, в котором реализован вышеуказанный способ, содержит последовательно соединенные блок выделения первого импульса, первый элемент «НЕ», первый элемент «ИЛИ», элемент задержки, первый формирователь строба, второй элемент «ИЛИ», первый и второй элементы «И», последовательно соединенные схему перезапуска, счетчик непопаданий, счетчик попаданий, второй элемент «НЕ», второй формирователь строба и третий элемент «ИЛИ», а также устройство регулируемой задержки. Выход блока выделения первого импульса соединен со вторыми входами формирователя стробов и блока перезапуска, выход первого элемента «НЕ» соединен со вторым входом второго элемента «ИЛИ», выход первого формирователя стробов соединен с третьим входом схемы перезапуска, выход второго элемента «ИЛИ» соединен со вторыми входами счетчика попаданий и устройства регулируемой задержки, выход первого элемента «И» соединен с третьими входами счетчика попаданий и схемы регулируемой задержки, первыми входами схемы перезапуска и блока выделения первого импульса и вторыми входами счетчика непопаданий и первого элемента «ИЛИ». Выход схемы перезапуска соединен с первыми входами счетчика непопаданий и блока выделения первого импульса. Выход счетчика попаданий соединен с четвертым входом схемы перезапуска, первым входом устройства регулируемой задержки и вторым входом второго элемента «И». Выход устройства регулируемой задержки соединен со вторым входом второго формирователя стробов, а выход третьего элемента «ИЛИ» - со вторым входом второго элемента «И». При фиксации счетчиком попаданий необходимого количества импульсов селектор переходит в режим слежения за входными импульсами. При этом генерирование строб-импульсов осуществляется в соответствии с текущим периодом входного сигнала, а повторный поиск запрещен. При фиксации счетчиком подряд заданного количества пропущенных импульсов осуществляется повторный поиск входных импульсов.

Описанный способ селекции и устройство эффективны при использовании в головках самонаведения при наличии единичных пропусков входных импульсов, обусловленных флюктуацией энергии, принимаемой чувствительным элементом приемника излучения при пороговом уровне входного сигнала, а также попаданием пятна рассеяния на линию раздела чувствительных элементов, так как при делении пятна энергия, приходящаяся на каждый чувствительный элемент, уменьшается. При отказе одного из каналов формирования сигнала с чувствительных элементов или отключении его из-за увеличения уровня шума, например за счет старения чувствительного элемента или воздействия одиночного удара при выстреле, количество пропусков увеличивается, что приводит к увеличению времени поиска, а при частоте вращения снаряда или ракеты:

f≥0,75/[(m-1)·Тл],

где f - частота вращения снаряда или ракеты,

m - количество импульсов, необходимых для перехода в режим слежения,

Тл - период повторения оптических импульсов,

к отсутствию перехода в режим слежения, т.е. к незахвату цели.

Задача предлагаемой группы изобретений - уменьшение времени поиска и обеспечение перехода в режим слежения при отказе одного из каналов в диапазоне возможных частот вращения.

Указанная задача достигается тем, что в известном способе селекции импульсов, заключающемся в том, что задают допустимое отклонение периода повторения импульсов, задают число попаданий в заданный интервал, определяемый по допустимому отклонению периода повторения от заданного, задают число допустимых непопаданий в заданный интервал, первый пришедший импульс принимают принадлежащим к искомой последовательности импульсов, формируют интервалы попадания импульсов таким образом, что середина интервала отстоит от первого пришедшего импульса на время, кратное заданному периоду повторения импульсов, а длительность интервала равна удвоенному допустимому отклонению периода повторения импульсов, при попадании очередного импульса в сформированный таким образом временной интервал текущее количество попаданий увеличивают, а при достижении заданного количества попаданий последний из заданного количества импульсов считают принадлежащим к искомой последовательности и, начиная с него, осуществляют слежение, при достижении заданного количества непопаданий процесс поиска повторяют, дополнительно задают углы, определяющие взаимное положение чувствительных элементов приемника излучения, длительность измерительного интервала и допустимые пределы изменения сигналов с чувствительных элементов, определяемые по величине интеграла вероятностей для нормального распределения, формируют измерительный интервал, на котором для каждого чувствительного элемента определяют значение интеграла вероятностей как отношение времени, в течение которого уровень сигнала с чувствительного элемента превышает порог обнаружения, к длительности измерительного интервала, чувствительные элементы, величина интеграла вероятностей которых выходит за допустимые пределы, исключают из работы, формируют импульсы с периодом повторения, равным периоду вращения снаряда по крену, измеряют частоту вращения снаряда по крену, после приема импульса подсвета определяют, исходя из направления вращения, угловой скорости вращения по крену и взаимного углового расположения, чувствительный элемент, который должен принять следующий импульс подсвета, при этом, если этот чувствительный элемент исключен из работы, то запрещают инкрементирование числа непопаданий.

Описанный способ реализуется в предлагаемом селекторе импульсов, содержащем последовательно соединенные блок выделения первого импульса, первую схему ИЛИ, элемент задержки, блок формирования строба, схему И, первый и второй пересчетные блоки и вторую схему ИЛИ, причем выход схемы И дополнительно соединен с вторыми входами блока формирования стробов, первой и второй схем ИЛИ, второго пересчетного блока, первый выход блока формирования стробов дополнительно соединен с вторым входом первого пересчетного блока, второй выход блока формирования стробов соединен с третьим входом первой схемы ИЛИ, выход второй схемы ИЛИ соединен с третьим входом первого пересчетного блока, выход которого соединен с первым входом блока выделения первого импульса, выход второго пересчетного блока является выходом селектора импульсов, в который дополнительно введены последовательно соединенные многоканальный усилитель, блок компараторов и блок триггеров, последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, регистр, блок умножения и сравнивающее устройство, последовательно соединенные таймер, блок счетчиков и шифратор, а также приемник излучения с чувствительными элементами и схема И-ИЛИ, причем выход сравнивающего устройства соединен с четвертым входом первого пересчетного блока, второй вход сравнивающего устройства соединен с выходом шифратора, выход генератора дополнительно соединен с входом таймера и вторым входом блока счетчиков, выход блока счетчиков дополнительно соединен с вторым входом блока компараторов, выход которого дополнительно соединен с третьим входом блока счетчиков, а через схему И-ИЛИ - с вторыми входами блока выделения первого импульса и схемы И, первый выход блока формирования стробов дополнительно соединен с вторым входом блока триггеров, выходы чувствительных элементов приемника излучения соединены с входом многоканального усилителя, выход таймера дополнительно соединен со вторым входом схемы И-ИЛИ, выход блока триггеров соединен с вторым входом шифратора, на вторые входы регистра и счетчика импульсов поступают импульсы с частотой вращения головки самонаведения, на второй вход блока умножения поступает код, соответствующий значению периода импульсов подсвета, а на третий вход блока компараторов - опорное напряжение.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого селектора импульсов, где

1 - многоэлементный, например, квадрантный приемник излучения (ПИ);

2 - многоканальный, например, четырехканальный, усилитель (БУ);

3 - блок компараторов (БК);

4 - генератор импульсов (Г);

5 - таймер (ТМ);

6 - блок счетчиков (БС);

7 - счетчик импульсов (СТ);

8 - схема И-ИЛИ;

9 - шифратор (Ш);

10 - блок триггеров (БТ);

11 - регистр (РГ);

12- блок умножения (БУМ);

13 - сравнивающее устройство (СУ);

14 - блок выделения первого импульса (БПИ);

15 - схема И (И);

16, 19 - пересчетные блоки (ПБ1, ПБ2);

17, 20 - схемы ИЛИ (ИЛИ1, ИЛИ2);

18 - блок формирования строба (БФС);

21 - элемент задержки (ЭЗ).

Работает селектор импульсов следующим образом.

При подаче питания на селектор импульсов и наличии импульсов подсвета цели на выходах многоканального усилителя 2 формируются выходные сигналы, определяемые как наличием импульса подсвета, так и уровнем собственных шумов чувствительных элементов приемника излучения (ПИ) 1.

Генератор 4 формирует тактовые импульсы, поступающие на второй вход блока счетчиков 6 и на вход таймера 5, формирующего сигнал разрешения счета, определяющий длительность измерительного интервала Т, поступающий в свою очередь на вход 1 разрешения счета блока счетчиков 6 и на второй вход схемы И-ИЛИ 8, блокируя прохождение импульсов на вторые входы схемы И 15 и блока выделения первого импульса 14, исключая тем самым селекцию входных импульсов на время проверки работоспособности чувствительных элементов приемника излучений 1. При наличии логической 1 на выходе одного из компараторов блока компараторов 3 во время действия импульса разрешается счет импульсов соответствующему счетчику блока счетчиков 6. При этом время нахождения выхода каждого из компараторов первого и второго блоков компараторов 3 в единичном состоянии t определяется соотношением:

$$t=T\cdot (1/2\pi {\sigma }_{ш})\cdot {\displaystyle \underset{U_o}{\overset{\infty }{\int }}\exp (-x^2/2{\sigma }_{ш})dx\text{ (1)}}$$

где σ_ш - с.к.о шума

Т - длительность измерительного интервала, равная (0,1-0,3 с);

U₀ - пороговое напряжение.

Количество импульсов n, накопленное соответствующим счетчиком к концу измерительного интервала, определяется соотношением:

$$\text{n}={\text{f}}_{\text{0}}\cdot t,\text{ (2)}$$

где f₀ - тактовая частота генератора.

Число импульсов, необходимых для переключения старшего разряда счетчика, являющегося выходом соответствующего канала блока счетчиков 6, в состояние логической 1, определяется по соотношениям (1), (2) при заданном критическом соотношении σ_ш и U₀, при которых обеспечивается уверенная селекция импульсов. При этом, на выходах блоков счетчиков, соответствующих каналов, соотношение сигнал/шум для которых ниже критического, присутствует логическая 1, запрещающая формирование импульсов на соответствующем шумящему каналу выходе блока компараторов 3, и устраняющая таким образом возможность ложной селекции импульсов. Обеспечение условия выключения канала (наличие логической единицы в старшем разряде) при отсутствии импульсов на выходе соответствующего компаратора блока компараторов 3 достигается предварительной записью значения минус 1 в счетчики импульсов блока счетчиков 6. По окончании измерительного интервала Т на выходах приемника излучения 1 формируются импульсы напряжения, пропорциональные энергии излучения, попавшей на каждую из чувствительных площадок приемника излучения 1. Усиленные импульсы с выхода многоканального усилителя 2 поступают на вход блока компараторов 3. При превышении амплитудой импульса одного из каналов величины порогового напряжения (U₀) на выходе блока компараторов 3 формируются импульсы, поступающие через схему И-ИЛИ 8 на вход блока выделения первого импульса 14 и схемы И 15. Первый импульс с выхода блока выделения первого импульса 14 и первую схему ИЛИ 17 поступает на вход элемента задержки 21. Элемент задержки формирует импульс запуска блока формирования строба 18 через время Т₁ определяемое соотношением:

$${\text{T}}_{\text{1}}={\text{T}}_{{}_{\text{0}}}{\text{-t}}_{\text{C}}\text{/2 (3)}$$ ,

где Т₀ - период повторения импульсов подсвета,

t_C - длительность строба.

При попадании следующих входных импульсов в стробируемый интервал, на выходе схемы И 15 формируются стробированные импульсы, перезапускающие элемент задержки 21. Если число стробированных входных импульсов достаточно для установки старшего разряда второго пересчетного блока 19 (счетчик попаданий), являющегося его выходом, в состояние логической 1, сигнал с выхода пересчетного блока 19 проходит через схему ИЛИ 20 на вход первого пересчетного блока 16 (счетчик непопаданий) и удерживает его в состоянии сброса, запрещая тем самым повторный поиск входных импульсов - селектор импульсов переходит в режим слежения за входными импульсами. Выходной сигнал селектора импульсов информирует внешние устройства об изменении режима работы. При наличии на выходе одного из усилительных каналов многоканального усилителя 2 недопустимого уровня шумов на соответствующем ему выходе блока счетчиков 6 формируется логическая 1, тем самым происходит фиксация номера отказавшего канала. При этом осуществляется удержание соответствующего компаратора блока компараторов 3 в исходном состоянии, т.е. входной импульс, попавший на чувствительный элемент приемника излучения, связанный с отключенным каналом, будет пропущен. Прогнозирование пропусков импульсов подсвета, обусловленных попаданием их на чувствительный элемент, связанный с отключенным каналом, осуществляется следующим образом. При вращении снаряда и связанной с ними головки самонаведения формируются импульсы Т_ВР с периодом повторения, равным длительности одного оборота. Счетчик импульсов 7, используя тактовые импульсы генератора 4, формирует код, соответствующий текущему времени относительно появления предыдущего импульса Т_ВР. Очередной импульс Т_ВР переписывает содержимое счетчика 7, пропорциональное периоду вращения головки самонаведения, в регистр 11, а с выхода его на первый вход блока умножения 12. На второй вход блока умножения поступает код периода повторения импульсов подсвета, а на выходе блока умножения 13 формируется код, соответствующий углу поворота головки самонаведения за период подсвета N_φ. При этом вначале формируется код, обратный содержимому регистра 11, а затем осуществляется перемножение полученного кода с кодом, присутствующим на втором входе блока умножения 12. При приеме очередного импульса подсвета в блоке триггеров 10 запоминается код, соответствующий номеру принявшего чувствительного элемента, поступающий на второй вход шифратора, на первый вход которого поступает код номера отключенного канала. Под их воздействием шифратор формирует коды, соответствующие минимальному N₂ и максимальному N₁ угловому рассогласованию границ отключенного и принявшего последний импульс подсвета чувствительных элементов приемника излучения, что необходимо для компенсации неопределенности положения пятна рассеяния на чувствительных элементах по углу крена. Сравнивающее устройство 13 сравнивает коды угловых рассогласований с углом поворота головки самонаведения за период повторения импульсов подсвета и при выполнении условия N₁≥N_φ≥N₂ формирует сигнал блокировки первого пересчетного блока 16. В противном случае при отсутствии стробируемого импульса содержимое первого пересчетного блока 17 увеличивается и при его переполнении селектор импульсов начинает повторный поиск оптических импульсов. Исходное состояние селектора импульсов после включения источника питания обеспечивается установочным импульсом, формируемым после подачи питания. Этим импульсом осуществляется сброс первого (16) и второго (19) пересчетных блоков.

Селектор импульсов выполнен с применением стандартных микросхем. В качестве фотоприемника используются приборы типа ФУЛ-113. В блоке многоканальных усилителей используется микросхема 1486УД4, в качестве компараторов - микросхема типа 1121СА1. Остальные аналоговые узлы выполнены на операционных усилителях серии 140. Цифровая часть может быть выполнена на микросхемах серии 533 либо применением программируемых устройств. Особенностью построения пересчетных блоков является блокировка счета при наличии логической единицы в старшем разряде. Счетчики импульсов блока счетчиков 6 содержат элементы предустановки всех разрядов в состояние логической единицы. При наличии логической единицы в старшем разряде и логического нуля в остальных счет останавливается.

1. Способ селекции импульсов полуактивной головкой самонаведения вращающихся по крену артиллерийских снарядов и ракет, заключающийся в том, что задают допустимое отклонение периода повторения импульсов, задают число попаданий в заданный интервал, определяемый по допустимому отклонению периода повторения от заданного, задают число допустимых непопаданий в заданный интервал, первый пришедший импульс принимают принадлежащим к искомой последовательности импульсов, формируют интервалы попадания импульсов таким образом, что середина интервала отстоит от первого пришедшего импульса на время, кратное заданному периоду повторения импульсов, а длительность интервала равна удвоенному допустимому отклонению периода повторения импульсов, при попадании очередного импульса в сформированный таким образом временной интервал текущее количество попаданий увеличивают, а при достижении заданного количества попаданий последний из заданного количества импульсов считают принадлежащим к искомой последовательности и, начиная с него, осуществляют слежение, при достижении заданного количества непопаданий процесс поиска повторяют, отличающийся тем, что дополнительно задают углы, определяющие взаимное положение чувствительных элементов приемника излучения, длительность измерительного интервала и допустимые пределы изменения сигналов с чувствительных элементов, определяемые по величине интеграла вероятностей для нормального распределения, формируют измерительный интервал, на котором для каждого чувствительного элемента определяют значение интеграла вероятностей как отношение времени, в течение которого уровень сигнала с чувствительного элемента превышает порог обнаружения, к длительности измерительного интервала, чувствительные элементы, величина интеграла вероятностей которых выходит за допустимые пределы, исключают из работы, формируют импульсы с периодом повторения, равным периоду вращения снаряда по крену, измеряют частоту вращения снаряда по крену, после приема импульса подсвета определяют, исходя из направления вращения, угловой скорости вращения по крену и взаимного углового расположения, чувствительный элемент, который должен принять следующий импульс подсвета, при этом, если этот чувствительный элемент исключен из работы, то запрещают инкрементирование числа непопаданий.

2. Селектор импульсов полуактивной головки самонаведения вращающихся по крену артиллерийских снарядов и ракет, содержащий последовательно соединенные блок выделения первого импульса, первую схему ИЛИ, элемент задержки, блок формирования строба, схему И, первый и второй пересчетные блоки и вторую схему ИЛИ, причем выход схемы И дополнительно соединен с вторыми входами блока формирования стробов, первой и второй схем ИЛИ, второго пересчетного блока, первый выход блока формирования стробов дополнительно соединен с вторым входом первого пересчетного блока, второй выход блока формирования стробов соединен с третьим входом первой схемы ИЛИ, выход второй схемы ИЛИ соединен с третьим входом первого пересчетного блока, выход которого соединен с первым входом блока выделения первого импульса, выход второго пересчетного блока является выходом селектора импульсов, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные многоканальный усилитель, блок компараторов и блок триггеров, последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик импульсов, регистр, блок умножения и сравнивающее устройство, последовательно соединенные таймер, блок счетчиков и шифратор, а также приемник излучения с чувствительными элементами и схема И-ИЛИ, причем выход сравнивающего устройства соединен с четвертым входом первого пересчетного блока, второй вход сравнивающего устройства соединен с выходом шифратора, выход генератора дополнительно соединен с входом таймера и вторым входом блока счетчиков, выход блока счетчиков дополнительно соединен с вторым входом блока компараторов, выход которого дополнительно соединен с третьим входом блока счетчиков, а через схему И-ИЛИ - с вторыми входами блока выделения первого импульса и схемы И, первый выход блока формирования стробов дополнительно соединен с вторым входом блока триггеров, выходы чувствительных элементов приемника излучения соединены с входом многоканального усилителя, выход таймера дополнительно соединен со вторым входом схемы И-ИЛИ, выход блока триггеров соединен с вторым входом шифратора, на вторые входы регистра и счетчика импульсов поступают импульсы с частотой вращения головки самонаведения, на второй вход блока умножения поступает код, соответствующий значению периода импульсов подсвета, а на третий вход блока компараторов - опорное напряжение.