Для формирования сигнала ошибки необходимо, прежде всего, определить какие величины следует измерять для того, чтобы реализовать требуемый метод наведения. Далее необходимо определить комплекс измерительных устройств для измерения этих величин. В некоторых случаях оказывается, что одну и ту же величину можно измерить с помощью различных измерительных устройств и тогда окончательный выбор может зависеть от дополнительных условий, таких, как точность измерений, простота, надежность и т. п.
В качестве примера рассмотрим устройства, необходимые для реализации прямого метода наведения и метода пропорциональной навигации.
Для реализации прямого метода наведения нужна информация об угле пеленга цели (рис. 4.2).
Такую информацию получают с помощью ГСН, которая измеряет углы визирования цели ( и или и ) относительно системы координат, связанной с ГСН.
Рассмотрим движение в вертикальной плоскости. Система координат , связанная с ГСН, может ориентироваться различным способом.
|
|
Самым простым с конструктивной точки зрения является неподвижная установка ГСН относительно ЛА. Установка ГСН может быть выполнена так, что ось совпадает с продольной осью ЛА (рис. 4.5).
В этом случае угол , который измеряет ГСН, совпадает с углом пеленга цели . Поэтому на выходе ГСН получают сигнал, пропорциональный пеленгу цели: .
Основным недостатком такой ГСН является то, что он должен иметь сравнительно большой угол зрения. Это необходимо для уменьшения опасности потери цели при больших углах пеленга, которые могут возникать из-за колебаний ЛА относительно цели, а также при маневрах подвижной цели.
Расширение поля зрения координатора снижает его дальность действия и уменьшает угловую разрешающую способность, т.е. способность различить два близких объекта.
Оси ГСН можно ориентировать относительно неподвижной системы координат .
В этом случае ГСН должна быть установлена на гиростабилизированной платформе или иметь следящий привод, управляемый сигналами от свободных гироскопов, фиксирующих заданное направление в пространстве. Основные геометрические соотношения для этого случая следуют из рис. 4.6, где ось является осью гиростабилизатора, которая неподвижно ориентирована относительно оси . Ось составляет угол с осью .
В этом случае сигнал с выхода ГСН пропорционален углу
: .
Наконец, ось ГСН можно направить по линии визирования цели. В этом случае ГСН должна иметь возможность поворачиваться относительно ЛА и должна иметь привод для автоматического слежения за целью. При этом ось должна поворачиваться так, чтобы сигналы и , пропорциональные углам и или углам и , были равны нулю.
|
|
Аналогично работают следящие системы радиолокационных станций, автоматически сопровождающих цель по угловым координатам.
Теперь с помощью датчиков, установленных на ЛА, можно измерить угол поворота оси относительно корпуса ЛА (рис.4.7).
Если считать, что следящая система работает идеально точно (), то . Тогда на выходе датчика углового положения ГСН будет получен сигнал
.
В отличие от первого способа ориентирования координатора, когда координатор жестко связан с корпусом ЛА, в данном случае требуется при измерении угла пеленга небольшой угол зрения.
Для ориентирования ГСН по вектору дальности можно использовать также следящий силовой гиростабилизатор, совмещающий функции гиростабилизатора и следящей системы, отслеживающей изменение угла между линией визирования цели и некоторым фиксированным направлением.
Как и в предыдущем случае, сигналы и , пропорциональные угловым координатам цели, используются для автоматического ориентирования оси по вектору дальность. В этом случае можно, как и прежде измерять угол пеленга цели. Однако теперь имеется возможность измерять угловую скорость вращения оси ГСН. С точностью до ошибки гиростабилизатора эта угловая скорость равна угловой скорости линии визирования цели . Следовательно, на выходе гиростабилизатора можно получить сигнал, пропорциональный угловой скорости линии визирования:
.
Свойство координатора, ориентированного по линии визирования цели, рассмотрим ниже.
При наведении ЛА по методу прямого наведения необходимо выполнение условия . Следовательно, ошибка должна быть определена соотношением , тогда сигнал наведения выбирают пропорциональным , то есть
.
В этом случае на борту ЛА нужна ГСН, измеряющая угол пеленга.
Этот метод можно реализовать посредством ГСН, ориентированной по оси ЛА.
Метод прямого наведения можно использовать для наведения на неподвижную цель.
В настоящее время наибольшее распространение получил метод пропорциональной навигации. Это связано с тем, что сигнал, пропорциональный , несет информацию о промахе ЛА, который характеризует точность наведения ЛА на цель.
Получим формулу для промаха ЛА при рассмотрении движения ЛА и цели в вертикальной плоскости.
Введем понятие мгновенного промаха. Мгновенным промахом будем называть такое значение промаха, которое имело бы место в том случае, если бы, начиная с данного момента времени, полет ЛА и цели на оставшемся до встречи участке траектории происходил равномерно и прямолинейно. Для определения промаха удобно рассматривать картину относительного движения (рис.4.8).
ЛА будет двигаться по направлению вектора . В точке А расстояние между ЛА и целью окажется минимальным и, по определению, равным промаху .
Предполагая, что начиная с данного момента времени t величины , , , равны нулю, а , , , постоянны, то траектория ЛА относительно цели будет прямой линией (линия ОА). Тогда промах h определяется отрезком ЦА, равным .
Выражая через , получим , так как , тогда . Когда угол мал, то справедливо допущение, что .
Здесь взят знак (-), т.к. при сближении с целью .
Тогда с учетом последнего соотношения формула для расчета мгновенного промаха будет иметь вид:
(4. 1)
Точность этой формулы достаточно высокая: при расстояниях ЛА от цели, превышающих мгновенный пролет более чем в 5 раз, ошибка вычисления пролета по этой формуле не превышает 2% [12].
При малых расстояниях между ЛА и целью угол приближается к и формулой (4.1) пользоваться нельзя.
Более точный результат при приближенной оценке промаха можно получить, если предположить, что с момента выключения управления движение ЛА и цели происходит с постоянными осевой и нормальной перегрузками. Промах ЛА, рассчитанный при таких допущениях называется фактическим промахом. Формулу для расчета промаха в этом случае можно посмотреть в книге [12].
|
|
Так как метод наведения должен обеспечить уменьшение промаха ЛА, то формулу метода самонаведения можно записать в виде
, (4.2)
где - коэффициент пропорциональности.
Так как реализовать такой метод не удается (из-за большого количества необходимой информации), то используют формулу
, (4.3)
так как .
Эта формула отражает зависимость промаха от (см. (4.1)).
При использовании метода пропорциональной навигации необходимо иметь ГСН, с помощью которой измеряется . Тогда ошибку наведения по методу пропорциональной навигации естественно определять как разность и сигнал управления формировать в виде
(4.4)
Для измерения используется акселерометр, который измеряет нормальное ускорение , пропорциональное .
Поэтому для реализации метода пропорциональной навигации можно использовать ГСН со следящим гиростабилизатором и датчик линейных ускорений.
Приведенные примеры показывают, что один и тот же метод можно реализовать с использованием различных измерительных устройств.
При разработке ССН всегда стремятся использовать тот метод наведения, который решает поставленную задачу (по точности наведения), допускает простейшую техническую реализацию и требует минимального числа измерительных устройств.
Проведенные кинематические исследования показывают, что для наведения на цель, скорости которых соизмеримы со скоростью ЛА, целесообразно использовать методы наведения с упреждением, причем метод пропорциональной навигации и его частный случай - метод параллельного сближения, обеспечивают траектории, близкие к прямолинейным. Для наведения на неподвижные цели можно применять метод погони или прямого наведения.
|
|