Стенд для полунатурного моделирования системы самонаведения летательного аппарата - RU2637096C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано для полунатурного моделирования, проведения испытаний и проверки работоспособности и управляемости головок самонаведения летательных аппаратов.

Известен моделирующий комплекс системы самонаведения ракеты, содержащий электрически связанные между собой динамический стенд с установленной на нем головкой самонаведения (ГСН), узел цели с излучателем радиоволн, аналого-цифровой вычислительный комплекс, пульт управления. Узел цели воспроизводит перемещение цели в пространстве и излучение, приходящее от нее на ГСН [Г.М. Петров, Н.Б. Луканин, Э.Е. Бартольд. Методы моделирования систем управления на аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машинах. М., Машиностроение, 1975, стр. 189-194, рис. 4.9].

Известен испытательный стенд, содержащий ГСН, динамический стенд воспроизведения углового движения ГСН, радиоимитатор цели, включающий излучатель сигналов. Головка самонаведения и автопилот установлены на динамическом стенде воспроизведения углового движения головки самонаведения. Источник сигнала установлен на подвижной платформе, имитируя передвижение цели. Головка самонаведения принимает излученный сигнал и с помощью динамического стенда происходит отслеживание головкой самонаведения перемещения излучателя сигналов (RU 2263869, F41G 3/26, G09B 9/08, 2005).

Недостатком известных испытательных стендов полунатурного моделирования является отсутствие учета изменения сигнала, отраженного от цели по амплитуде и фазе из-за влияния подстилающей морской поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является стенд для полунатурного моделирования, содержащий головку самонаведения, излучатель сигналов, в который согласно изобретению (RU 2338992, F41G 3/32, F41G 7/22, 2007) введено вычислительное моделирующее устройство (ВМУ), головка самонаведения установлена на гиростабилизированной платформе, излучатель сигналов выполнен в виде генератора электромагнитных волн, выход которого соединен с входом рупорной антенны. Вычислительное моделирующее устройство содержит блок моделей динамики движения летательного аппарата (ЛА), блок модели движения цели, блок модели управления гиростабилизированной платформы, блок модели движения гиростабилизированной платформы.

Однако известный упомянутый испытательный стенд для полунатурного моделирования имеет недостаток из-за отсутствия учета влияния подстилающей морской поверхности на систему наведения летательного аппарата в условиях распространения радиосигналов, отличающихся от распространения в свободном пространстве. Тем более в известном испытательном стенде не заявлено, что на нем возможно проведение исследований по влиянию свойств подстилающей поверхности и высоты полета ЛА на управляемость головки самонаведения ЛА.

Задачей заявляемого изобретения является повышение точности результатов полунатурного моделирования за счет учета влияния подстилающей морской поверхности на систему самонаведения летательного аппарата.

Технический результат заявляемого устройства заключается в возможности осуществления полунатурного моделирования в условиях влияния подстилающей поверхности на управляемость ГСН и расширения функциональных возможностей стенда за счет обеспечения возможности исследования влияния степени волнения моря на систему самонаведения ЛА.

Указанный технический результат заявляемого изобретения, позволяющий решить поставленную задачу, достигается тем, что в известный стенд для полунатурного моделирования, содержащий головку самонаведения, излучатель сигналов, вычислительное моделирующее устройство, при этом головка самонаведения установлена на гиростабилизированной платформе, излучатель сигналов зафиксирован на неподвижном основании и выполнен в виде генератора электромагнитных сигналов, вычислительное моделирующее устройство содержит блок моделей динамики движения ЛА, блок модели движения цели, блок модели движения гиростабилизированной платформы, блок модели управления гиростабилизированной платформой согласно изобретению, введено устройство, изменяющее сигнал в соответствии с интерференционным коэффициентом отражения от подстилающей морской поверхности.

Введение устройства, изменяющего сигнал от цели в соответствии с интерференционным коэффициентом отражения от морской поверхности, позволяет имитировать условия работы головки самонаведения ЛА при полете над морской поверхностью, а испытательный стенд обеспечивает возможность моделирования работы ГСН в реальных условиях функционирования, что повышает точность результатов полунатурного моделирования систем самонаведения ЛА.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема стенда для полунатурного моделирования системы самонаведения ЛА.

Стенд для полунатурного моделирования системы самонаведения ЛА включает излучатель сигналов (имитатор цели) 1, содержащий генератор электромагнитных сигналов 2, выход которого соединен с входом устройства 3, изменяющее сигнал генератора 2 в соответствии с интерференционным коэффициентом отражения от подстилающей морской поверхности, выход устройства 3 соединен с входом рупорной антенны 4, гиростабилизированную платформу 5 с установленной на ней ГСН 7, ГСН 7 подключена к приемной антенне 6, вычислительное моделирующее устройство 8, содержащее блок 9 моделей динамики движения ЛА, блок 10 модели движения цели, блок 11 модели расчета вектора «ЛА - цель» и дальности «ЛА - цель», блок 12 модели управления гиростабилизированной платформы, блок 13 модели движения гиростабилизированной платформы, выход блока 9 модели движения ЛА соединен в первым входом блока 11 модели расчета вектора «ЛА - цель» и дальности «ЛА - цель», второй вход которого соединен с выходом блока 10 модели движения цели. Первый выход блока 11 соединен с входом блока 12 модели управления гиростабилизированной платформой, второй выход - со вторым входом ГСН 7, а третий выход блока 11 соединен со вторым входом блока 3 устройства изменения сигнала генератора 2. Первый вход ГСН 7 соединен с выходом блока 13 модели движения гиростабилизированной платформы с установленной на ней ГСН, вход которого соединен с выходом блока 12 модели управления гиростабилизированной платформой.

В качестве ВМУ может быть использован персональный компьютер, который способен решать уравнения, соответствующие алгоритмам по известным правилам блоками 9-13 [Г.М. Петров, Н.Б. Луканин, Э.Е. Бартольд. Методы моделирования систем управления на аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машинах. М., Машиностроение, 1975, стр. 82-102, 127-194]. Устройство 3, изменяющее сигнал генератора 2, выполнено с помощью управляемого аттенюатора и последовательно соединенного с ним фазовращателя [М. Сколник. Справочник по радиолокации, том 2, стр. 40-41, 208-274].

Стенд для полунатурного моделирования работает следующим образом. Перед началом полунатурного моделирования совмещают продольные оси ГСН 7 и рупорной антенны 4, вводят в автопилот ЛА, ГСН 7 и ВМУ 8 данные, характеризующие движение ЛА и цели. От начала и до конца моделирования сигналы, излучаемые рупорной антенной 4 излучателя сигналов 1 (имитатор цели), направляются в сторону ГСН 7. Блок 9 моделей динамики движения ЛА формирует сигналы, пропорциональные координатам движения ЛА x, y, z в стартовой системе координат, и сигналы, характеризующие ориентацию ЛА относительно стартовой системы координат. Блок 10 модели движения цели формирует сигналы пропорциональные координатам движения цели в стартовой системе координат x_t, y_t, z_t. С выхода блока 9 сигналы, пропорциональные координатам движения ЛА, и сигналы, характеризующие ориентацию ЛА, подаются на первый вход блока 11, на второй вход которого поступают сигналы, пропорциональные координатам движения цели. По упомянутым сигналам формируется сигнал вектора направления «ЛА - цель» и дальности R «ЛА - цель».

С первого выхода блока 11 сигналы вектора направления «ЛА - цель» подаются на вход блока 12 модели управления гиростабилизированной платформы, по которым формируются команды управления движением гиростабилизированной платформы по курсу и тангажу. Эти сигналы передаются в блок 13 модели движения гиростабилизированной платформы, со второго выхода блока 11 поступают на второй вход ГСН сигналы, пропорциональные углу проекции линии визирования «ЛА - цель» в горизонтальной и вертикальной плоскостях, с третьего выхода блока 11 поступают сигналы пропорциональные дальности R «ЛА - цель», высоте h₁ приемопередающей антенны ГСН над морем, установленной на ЛА, и высоте цели h₂, на второй вход блока 3 устройства изменения сигнала генератора 2.

Сигнал имитатора цели 1 формируется из сигнала блока 2 электромагнитного генератора путем управляемого ослабления мощности сигнала аттенюатором с последовательно соединенным с ним фазовращателем.

Формульные зависимости ослабления сигнала блока 2 P_r/P_o и фазового сдвига ϕ определяются согласно [М. Сколник. Справочник по радиолокации, том 1. М., Советское радио, 1976, стр. 28-34, 60-78; Е.А. Штагер. Отражение радиоволн от кораблей и других морских объектов. СПб, 2005, стр. 47-92].

где P_r - мощность отраженного сигнала цели, принимаемого ГСН;

P_t - мощность сигнала, излучаемого ГСН;

G - коэффициент усиления приемопередающей антенны ГСН;

P_o - мощность генератора электромагнитных сигналов блока 4;

R - дальность до цели от ГСН;

λ - длина волны сигнала;

σ - эффективная площадь рассеяния цели;

L - коэффициент потерь в антенно-волноводном устройстве ГСН;

V - интерференционный множитель, учитывающий влияние морской поверхности на величину сигнала.

где ρ_s - коэффициент отражения от морской поверхности;

h₁ - высота приемопередающей антенны ГСН над морем, установленной на ЛА;

h₂ - высота цели.

где σ_M - среднеквадратичное отклонение распределения неровностей морской поверхности;

β - угол зеркального отражения от морской поверхности.

Фазовый сдвиг сигнала блока 4 определяется по формуле

Таким образом, представленные описание и чертеж позволяют сделать заключение о том, что заявляемое устройство обладает новизной, отличаясь от прототипа такими существенными признаками, как дополнительное устройство изменения сигнала генератора в соответствии с комплексным интерференционным коэффициентом отражения от подстилающей морской поверхности, что позволяет выполнить поставленную задачу и сделать вывод о наличии изобретательского уровня и промышленной применимости. Использование стенда для полунатурного моделирования позволяет проводить отработку взаимодействия всех бортовых систем ЛА, участвующих в работе системы самонаведения ЛА с учетом динамики контура системы самонаведения ЛА, и позволяет, в отдельных случаях, осуществлять замену натурных испытаний полунатурным моделированием, что обеспечивает значительный экономический эффект.

Реферат

Изобретение относится к области испытаний и проверки работоспособности головок самонаведения (ГСН). Технический результат - повышение точности моделирования. Стенд для полунатурного моделирования содержит излучатель сигналов, устройство, изменяющее сигнал в соответствии с интерференционным коэффициентом отражения от морской поверхности, головку самонаведения, вычислительное моделирующее устройство (ВМУ). ГСН зафиксирована на неподвижном основании, излучатель сигналов зафиксирован на неподвижном основании, так что его продольная ось совмещена с продольной осью ГСН. ВМУ содержит блоки моделей динамики движения летательного аппарата (ЛА), модели движения цели, модели движения гиростабилизированной платформы, модели управления гиростабилизированной платформой, модели расчета вектора «ЛА - цель» и дальности «ЛА - цель». Стенд для полунатурного моделирования позволяет в реальном масштабе времени проводить полунатурное моделирование системы самонаведения ЛА без искажения динамики контура наведения системы с учетом влияния подстилающей морской поверхности. 1 ил.

Формула