Система наведения ракеты ФКР-1

Система наведения ракеты ФКР-1 представляет собой комплекс технических средств, предназначенных для нанесения ударов управляемыми крылатыми ракетами по фронтовым наземным целям с заданными координатами. Задача наведения решается радиотехнической аппаратурой, которая включает в себя наземную станцию управления (станцию НН) и бортовое оборудование ракеты (станцию НБ).

Станция НН с помощью направленной антенны создает равносигнальную зону, ось которой совмещается с вертикальной плоскостью, проходящей через цель. Полет ракеты должен протекать в этой плоскости. Станция НБ измеряет отклонение ракеты от заданной плоскости и вырабатывает управляющее напряжение, которое через автомат воздействует на руль ракеты. Станция НБ используется также для определения текущей дальности между ракетой и местом ее запуска и для выработки специальных команд, передаваемых на автопилот и на боевую часть ракеты.

Наземные средства системы размещены в автомобилях ЗАЗ.

Направление полета ФКР-1 в горизонтальной плоскости определяется равносигнальной зоной, которая образуется наземной станцией управления. Заданная высота полета ракеты выдерживается независимо от работы радиоаппаратуры с помощью барометрических датчиков. Высота полета задается таким образом, чтобы на всем маршруте сохранялось прямая видимость между ракетой и передающей антенной наземной станции управления.

Траектория ракеты ФКР-1 в вертикальной плоскости изображена на фиг.1:

На первом этапе полета запуска ракета управляется автопилотом без участия радиоаппаратуры, работающей в режиме непрерывного приема. В течение этого времени ракета с помощью стартового двигателя набирает необходимую скорость и высоту и входит в радиолуч наземной станции управления. Через 25 сек. после старта, механизм времени станции НБ выдает команду для перевода ракеты на радиоуправление.

Основную часть пути к цели ракета летит по равносигнальной зоне наземной станции управления. При этом станция НБ выполняет следующие функции:

принимает импульсные сигналы наземной станции управления, которые позволяют определить положение ракеты относительно равносигнальной зоны в горизонтальной плоскости. Кроме этого, эти сигналы используются для синхронизации работы наземной и бортовой аппаратуры;

вырабатывает управляющее напряжение, пропорциональное отклонению ракеты от равносигнальной зоны. Полярность управляющего напряжения зависит от стороны отклонения ракеты. Это напряжение подается на автопилот ракеты;

излучает ответные импульсные сигналы, по которым на станции НН производится измерение текущей дальности между ракетой и местом запуска.

Измерение дальности необходимо для определения момента передачи на ракету команды для перевода ее в пикирование. При достижении ракетой дистанции заданной до цели наземная станция излучает команду в виде двух серий закодированных импульсов для перевода ракеты в пикирование на цель. Эта команда разделяется на предварительную 2А, передаваемую первой серией импульсов, и исполнительную 2Б, которой соответствует вторая серия импульсов, передаваемая вслед за первой через определенный промежуток времени. Станция НБ принимает эту команду и передает ее на автопилот.

По истечении заданного времени после поступления команды 2Б механизм задержки станции НБ выдает команду 3 для подрыва боевой части ракеты. Подрыв может осуществляться в воздухе на заданной высоте от поверхности земли или при ударе о преграду. Команда 3 дублируется барометрическим датчиком высоты подрыва.

В случае, когда ракета, находясь на заданном курсе, пролетает над целью, но команда 2 с наземной станции почему-либо не принята, механизм станции НБ выдает команду 2В, по которой ракета также вводится в пикирование и выполняются все другие действия, предусмотренные командой 2Б. Время полета, по истечении которого вырабатывается команда 2В, устанавливается перед запуском ракеты.

При отклонение ракеты от заданного курса на значительный угол (более ±20°) также выполняются все операции, предусмотренные командой 2Б. Соответствующий сигнал формируется гироскопическим ограничителем курса.

Последовательность всех операций, выполняемых станцией НБ в полете, задается программным устройством станции (фиг. 2). В момент старта ракеты начинает работать механизм времени.

Последовательность работы механизма времени такова:

Через 25 сек. полета ракеты выдается команда 1. При этой команде управляющее напряжение, вырабатываемое станцией НБ, начинает подаваться в канал курса автопилота ракеты для корректировки ее полета.

Через 70 сек. после старта механизм времени переводит станцию из режима непрерывного приема в режим приема со стробированием. Стробирование заключается в том, что приемник станции НБ открывается только на время приема очередного импульсного сигнала наземной станции управления. В паузах между сигналами приемник закрыт. Этим повышается помехоустойчивость бортовой радиоаппаратуры управления. Непрерывный прием (без стробирования) в начале полета ракеты необходим для обеспечения ввода ракеты в равносигнальную зону наземной станции и перехода на радиоуправление.

Механизм времени осуществляет блокировку цепей приема команды 2Б на время, продолжительность которого может быть установлена заранее в пределах от 40 до 360 сек, считая от начала полета. Ракета не может быть введена в пикирование до тех пор, пока не будет снята эта блокировка.

Пикирование ракеты начинается сразу после приема команды 2Б. Одновременно прекращает работу ответчик станции НБ и запускается механизм задержки, которые по истечении заданного времени выдает команду 3. Время задержки команды 3 может устанавливаться заранее, в пределах от 0,2 до 22 сек.

Если команда 2 не была принята на ракете, то механизм времени через 160 сек. после разблокировки цепей приема команды 2 вырабатывает команду 2В.

Наземная станция управления НН, обладающая остронаправленной передающей антенной излучает импульсные радиосигналы. При этом диаграмма направленности приводится во вращении вокруг оси, смещенной относительно направления максимального излучения. В станции НН такое движение диаграммы направленности достигается за счет вращения зеркала параболической антенны. При вращении диаграммы линия, соответствующую направлению максимального излучения антенны будет описывать в пространстве коническую поверхность (фиг. 3 в).

За начальное принимается такое положение диаграммы направленности антенны, когда она отклонена вверх от оси вращения, Этому положению соответствует фаза движения диаграммы направленности Ωt=0°, где Ω - угловая скорость вращения. Когда диаграмма направленности антенны через пол-оборота окажется отклоненной вниз, фаза будет иметь значение Ωt=180°. Отклонением вправо и влево будет соответствовать значением фазы движения диаграммы направленности антенны Ωt=90° и Ωt=270°.

Уровень снижения станции НН, принимаемых в различных точках пространства, расположенных на оси вращения, не зависит от положения диаграммы направленности передающей антенны и не изменяется при ее вращении. Поэтому вдоль прямой ОО₁, т.е. вдоль оси вращения диаграммы направленности, образуется равносигнальная зона.

Если точка приема находится на линии ОO₁, то импульсные сигналы станции НН получают модуляцию по амплитуде с частотой вращения Ω. Для небольших значений угла ε, характеризующего положение точки приема относительно оси вращения ОО₁, глубина модуляции будет пропорциональна величине угла ε.

Направление отклонения точки приема от оси равносигнальной зоны связано с начальной фазой огибающей принимаемого сигнала. Если точка наблюдения находится выше оси ОО₁ (точка 1), сигнал достигает максимума при Ωt=0°, когда точка приема отклонена вправо (точка 2), максимум будет при Ωt=90° и т.д. (фиг. 3б)

Следовательно, принимаемый сигнал позволяет однозначно определить положение точки приема относительно оси равносигнальной зоны - глубина амплитудной модуляции импульсов связана с величиной отклонения точки приема от оси равносигнальной зоны, а фаза огибающей определяет сторону отклонения. Для измерения на ракете разности фаз станция управления должна передавать дополнительные сигналы, связанные с положением диаграммы направленности, - опорные сигналы.

Равносигнальную зону, образованную за счет вращения оси диаграммы направленности, можно использовать для управления ракетой в двух взаимно-перпендикулярных областях: по направлению (правее левее) и по высоте (выше ниже). Однако в рассматриваемой системе равносигнальная зона используется для управления ракетой только в горизонтальной плоскости, а управление по высоте выполняется автономной аппаратурой. Для того, чтобы ракета, совершающая полет на заданной высоте, не имела больших отклонений от оси равносигнальной зоны в вертикальной плоскости, в станции НН предусмотрено уменьшение угла наклона диаграммы направленности передающей антенны по отклонению к горизонту по мере увеличения расстояния до ракеты.

Бортовая радиоаппаратура управления полетом должна измерить отклонение ракеты от вертикальной плоскости, проходящей через цель в точку расположения антенны станции НН, и выдать соответствующее управляющее напряжение.

Для этого бортовая аппаратура включает в себя следующие элементы:

Цепи приема сигнала. Назначение этих цепей состоит в том, чтобы принять радиосигналы станции управления и преобразовать их в виде импульса. При нахождении ракеты на оси равносигнальной зоны выходные импульсы цепей приема сигналов имеют постоянную амплитуду, при отклонении от равносигнальной зоны импульсы имеют амплитудную модуляцию (фиг. 4 г).

Детектор огибающей видеоимпульсов (детектор напряжения ошибки). Детектор выделяет синусоидальное напряжение ошибки, амплитуда которого пропорциональна величине отклонения ракеты от оси равносигнальной зоны, а начальная фаза зависит от стороны отклонения (фиг. 4 б) ¹

Фазовый детектор преобразует синусоидальное напряжение ошибки в управляющее напряжение постоянного тока, по величине пропорциональное отклонению ракеты от оси равносигнальной зоны, положительной или отрицательной полярности в зависимости от стороны отклонения (фиг. 4 г). Это напряжение после усиления подается на автопилот для управления движением ракеты в горизонтальной плоскости.

К фазовому детектору, кроме напряжения ошибки, подводится опорное напряжение, фаза которого с помощью опорных сигналов станции НН жестко связана с вращением диаграммы направленности передающей антенны станции управления (фиг. 4 в). Знак выходного напряжения фазового детектора определяется соотношением начальных фаз синусоидального напряжения ошибки и опорного напряжения.

Величина выходного напряжения фазового детектора U при определенном линейном отклонении ракеты от оси равносигнальной зоны r зависит от коэффициента К, равного отношению:

K=U/r

Чем больше этот коэффициент, тем больше напряжение выдается станцией НБ на автопилот при одном и том же отклонении r.

Линейное отклонение ракеты от равносигнальной зоны r связано с угловым отклонением ε следующей зависимостью (фиг. 5):

r=D sin ε

где D - дальность до ракеты от станции управления НН. Вследствие того, что угол ε мал, можно считать sin ε=ε и записать

r=D ε

Для того, чтобы сделать коэффициент передачи независимым от дальности D, в цепь включают специальное устройство-потенциометр дальности.

С помощью потенциометра дальности, амплитуда синусоидального напряжения ошибки, определяемой углом ε, увеличивается пропорционально линейному отклонению ракеты от оси равносигнальной зоны r. Это преобразование напряжения ошибки приводит к тому, что чувствительность аппаратуры управления к линейным отклонениям, становится одинаковой при нахождении ракеты в любой точке траектории, т.е. условия управления оказываются независимыми от дальности.

Для управления полетом ракеты наземная станция управления НН излучает сигналы в виде кодовых импульсных групп, имеющих частоту повторения Н Гц. Основная кодовая группа состоит из двух импульсов длительностью по 0.5. мксек с интервалом между ними в 2 мксек (фиг. 6). Эта группа импульсов называется ниже основной кодовой парой.

В момент времени, когда антенный луч станции НН при своем движении проходит положения, соответствующие фазе Ωt=90° и Ωt=270° (см. фиг. 3), к основной кодовой паре добавляется третий импульс длительностью 0.5 мксек. Интервал между первым и третьим импульсами кодовой группы при крайнем правом положении антенного луча (Ωt=90°) равен 5.5 мксек. При прохождении лучом крайнего левого положения (Ωt=270°) излучение третьего импульса задерживается на 7 мксек. относительно первого. Эти две посылки, состоящие из основной кодовой пары и дополнительного импульса, представляют собой опорные сигналы, с помощью которой на борту ракеты вырабатывается опорное напряжение.

Для передачи на ракету команды 2 станция НН излучает сигналы в виде трехимпульсных кодовых групп с частотой повторения Н Гц. Длительность каждого импульса сигнала команды 2 равна 0.5 мксек, а интервалы между импульсами зависят от номера установленного кода.

Предварительная команда 2А и исполнительная команда 2Б передаются с помощью двух серий импульсов по 20 трех импульсных кодовых групп в каждой. Серия импульсов, соответствующая команде 2Б. Передается через 80 периодов частоты Н Гц после окончания передачи команды 2А (фиг. 7).

Принятые на борту ракеты сигналы используются станцией НБ в соответствии с функциями выполняемыми отдельными каналами станции.

Элементы, составляющие эти каналы, конструктивно расположены в блоках, имеющих условные наименования НБ-1, НБ-2, ... НБ-9.

Функциональная схема станции НБ приведена на рис. 8. Она включает в себя следующие каналы:

приема сигналов;

управления;

синхронизации;

формирования стробирующих импульсов;

передачи ответных сигналов;

формирования команды 2;

программное устройство.