Т20 АЗРН3.ppt

ракет”

Тема 20-3. “Автономні засоби радіонавігації“

Доцент кафедри
кандидат технічних наук,

доцент Войчук В. А.

Київ 2013

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Житомирський військовий інститут ім. С.П.Корольова
Кафедра бойових авіаційних комплексів та радіотехнічного забезпечення

висотах.
РЛС профільного польоту.

Навчальна та виховна мета
1. Засвоїти принципи побудови та

основи бойового застосування і технічної експлуатації автономних засобів радіонавігації.
2. Виховувати у студентів – майбутніх фахівців авіації Повітряних Сил ЗСУ самостійність, творчу ініціативу, наполегливість та високу відповідальність за якісну організацію технічної експлуатації та вміле бойове застосування автономних засобів радіонавігації.

Навчальні питання

якість інформації про підстилаючу поверхню (1 бал)?
Як впливає ширина ДСА

у вертикальній площині на якість інформації про підстилаючу поверхню (1 бал)?
Як впливає тривалість зондуючого сигналу на якість інформації про підстилаючу поверхню (1 бал)?
Проаналізуйте вплив на роботу РПЗ бокових пелюстків ДСА у горизонтальній площині (1 бал).
Проаналізуйте вплив на роботу РПЗ бокових пелюстків ДСА у вертикальній площині (1 бал).
Запропонуйте принцип роботи РПЗ для забезпечення планового відображення рельєфу ділянки місцевості (1 бал).
Обгрунтуйте вибір одного з 4-х варіантів форми поперечного січення і взаємного положення пелюстків ДСА для РПЗ (1 бал).




Примітка: Мінімальна сума балів по темі для отримання позитивної оцінки - Σ=(АЗРН1+АЗРН2+АЗРН3)=7,8.
Максимальна сума зарахованих балів по темі – Σ=(АЗРН1+АЗРН2+АЗРН3)=13.

сферичною поверхнею Землі обмежена дальністю прямої видимості

.
Нерівності поверхні та об'єкти на ній екранують літак і додатково обмежують дальність дії наземних РЛС ППО.
Місцеві об'єкти біля позиції наземної РЛС створюють інтенсивні пасивні перешкоди.
Автоматичне супроводження маловисотної цілі утруднюється відбитими Землею сигналами – ефект “антиподу”.
Засоби ППО мають обмежений час на перехоплення маловисотного літака.

6. Навігаційне забезпечення бойових дій на малих і гранично малих висотах

Особливості ведення бойових дій на малих і гранично малих висотах

дій на малих висотах:
Велика ймовірність зіткнення з підстилаючою поверхнею та

розташованими на ній об'єктами;
Обмежені поле спостереження і залишок часу на обробку інформації, прийняття рішення, управління бортовими системами і літаком;
Швидко змінюється і важко сприймається зміна обстановки, особливо при польоті на великій швидкості;
Вкрай утруднене візуальне спостереження та орієнтація на місцевості;
Вкрай утруднене або навіть неможливе пілотування літака вручну.

ймовірність зіткнення з Землею
ймовірність збиття засобами ППО
середній ризик зіткнення і збиття RСер=с1·РЗіткн+с2·РППО
ймовірність подолання ППО

інформаційне забезпечення:
- детальна достовірна і гарантована інформація про рельєф підстилаючої

поверхні по курсу польоту з упередженням, достатнім для прогнозу можливої ситуації і управління нею;
- гарантоване знання поточного місцеположення літака;
- гарантована інформація про істинну поточну та прогнозовану висоту польоту над підстилаючою поверхнею і розташованими на ній об'єктами;
- діюча в реальному масштабі часу система обробки поточної інформації, її відображення та формування команд управління літаком.
Вимоги до системи управління літаком:
- автоматичне або автоматизоване управління з можливістю в будь-який момент переходу до ручного управління;
- автоматичний маневр, гарантуючий безпеку польоту при порушенні інформаційного забезпечення МВП або при раптовому виникненні незпрогнозованих небезпечних ситуацій.

навігаційних систем.
Обмеження:
- проблеми з отриманням детальних топографічних карт території

противника;
- невідомі зміни, які сталися з рельєфом місцевості на інтервалі часу між топоз’йомкою і польотом над відповідною ділянкою поверхні;
- можливість появи штучних нерухомих і рухомих споруд.
2. Використання високоточних автономних бортових локаційних засобів отримання інформації про рельєф місцевості по курсу польоту.
Лазерні локатори забезпечують отримання високоякісної інформації тільки в прозорій атмосфері.
Інфрачервоні пасивні локатори тільки в прозорій атмосфері дають детальну інформацію про нестабільний тепловий рельєф місцевості, який може непередбачувано змінюватись.
Радіолокатори видають інформацію про рельєф місцевості при будь-якому стані атмосфери, але нижчої якості, ніж лазерні та інфрачервоні локатори.

засобу отримання інформації про рельєф підстилаючої поверхні (РЛС профільного польоту)

по курсу польоту:
- незалежність від метеоумов і стану атмосфери;
- можливість детального спостереження і визначення характеристик підстилаючої поверхні і окремих об'єктів на поверхні (високих споруд, веж, опор ліній електропередачі, тощо) на дальностях, які забезпечують оцінку обстановки і безпеку маловисотного польоту обраним способом;
- безперервна інформація про дальність і кутові координати всіх фрагментів підстилаючої поверхні і об'єктів на ній;
- автономність.
Найбільш повно таким вимогам відповідають трьохкоординатні РЛС сантиметрового та міліметрового діапазонів хвиль, побудовані на принципах активної радіолокації.

пілотування, можливість автоматизації, можливе пілотування вручну.
Обліт вершин перешкод на

обраному маршруті з постійним перевищенням над вершинами: нескладне інформаційне забезпечення, просте пілотування, можливість автоматизації, можливе пілотування вручну.
Обліт перешкод на обраному маршруті з постійним перевищенням: складне інформаційне забезпечення, складне пілотування особливо на великих швидкостях, можливість автоматизації, пілотування можливе тільки в автоматичному чи директорному режимах.
Обхід перешкод на постійній висоті маневруванням в горизонтальній площині: дуже складне інформаційне забезпечення, складність автоматизації, в залежності від обставин можливе пілотування в ручному, директорному чи автоматичному режимі.
Найкращий результат дає комплексне використання різних способів МВП.

прогнозу висоти НУ прольоту над перешкодою потрібне для виконання маневру

з метою запобігання зіткнення з перешкодою.
Для визначення висоти перешкоди НП над площиною кліренсу (відповідає заданій висоті НЗ маловисотного польоту) або прогнозованої висоти прольоту над перешкодою НУ треба: а) контролювати упереджену DУ або горизонтальну DГ дальності, б) знати напрямок βУ на упереджену точку.

Для інформаційного забезпечення МВП з маневруванням у вертикальній площині достатньо контролювати січення підстилаючої поверхні вертикальною площиною, в якій знаходиться вектор шляхової швидкості.
Для інформаційного забезпечення МВП з маневруванням у горизонтальній площині необхідно контролювати рельєф у межах сектору можливого маневру.

одномірні впродовж лінії шляху;
г) – одномірні поперечного профілю;
д), е) –

планові;
ж) – індикація помилок пілотування на прицільно-пілотажному візирі.

Задане положення літака

польоту

Бортова система забезпечення МВП призначена для інформаційного забезпечення і виконання

польотів на малих висотах з обльотом перешкод маневруванням у вертикальній площині.

Склад системи забезпечення МВП
РЛС попередження зіткнення (РПЗ).
Радіовисотомір малих висот (РВ).
Обчислювач команд управління літаком.
Система автоматичного управління літаком (САУ).
Прицільно-пілотажний візир (ППВ).
Командно-пілотажний прилад (КПП).
Система МВП отримує інформацію про повітряну швидкість (від системи повітряних сигналів) і про величину нормального перевантаження (від датчику перевантажень).

радіовисотомір
Об-ч – обчислювач
САУ – система автоматичного управління
ППВ – прицільно-пілотажний візир
КПП

– командно-пілотажний прилад
РП – кнопка РУЧНЕ ПІЛОТУВАННЯ
АУ – кнопка АВТОМАТИЧНЕ УПРАВЛІННЯ

РЛС попередження зіткнення видає в обчислювач інформацію про упереджену дальність DУ, дальність до вершини перешкоди DВ та кут відхилення РСН антени у вертикальній площині βУ.
Радіовисотомір контролює істинну висоту польоту НРВ та інформує про неприпустиме зниження, коли НРВ< НБезп.
Обчислювач прогнозує висоту прольоту над перешкодою НУ або над вершиною перешкоди НВ і видає необхідну для управляння літаком інформацію
- в систему автоматичного управління,
- в прицільно-пілотажний візир,
- в командно-пілотажний прилад

висоті НЗ над рівниною та негористою місцевістю для управління використовується

інформація від РПЗ про відхилення ΔНУ=НУ-НЗ прогнозованої висоти на упередженій дальності DУ від заданої та від радіовисотоміра про відхилення ΔНРВ=НРВ-НЗ істинної висоти від заданої. Для управління літаком обчислювачем видається сигнал Δε, який формується з більш небезпечного сигналу ΔНУ або ΔНРВ.
При польоті на заданій висоті НЗ над вершиною перешкоди для управління використовується інформація від РПЗ про напрямок βВ на “вершину” (початок зони радіотіні) та дальність DВ до неї і поточне перевантаження.
Після відновлення контакту з підстилаючою поверхнею відновлюється звичайний порядок інформаційного забезпечення.

ділянки, яка забезпечує вчасну оцінку обстановки при польоті на малих

чи гранично малих висотах.
Формування команд управління літаком при маловисотному польоті.
Забезпечення автоматичного, автоматизованого (директорного) чи ручного управління літаком.
Відображення інформації для відстежування обстановки, контролю роботи системи при автоматичному пілотуванні і директорному чи ручному управлінні літаком.
Надійність системи.
Наявність алгоритмів управління літаком, які забезпечують негайне автоматичне ухилення від можливого зіткнення з поверхнею або об'єктом на ній при збоях в роботі системи чи при помилках екіпажу.

Основні вимоги до бортової системи забезпечення МВП

ПП

Відбиті Землею сигнали по нижньому (G1) і верхньому (G2) пелюсткам

ДСА надходять послідовно і їх амплітуда UA однакова тільки з рівносигнального напрямку(РСН).
В РЛС формуються сигнали сумарної UΣ=UН+UВ і різницевої UΔ= UН - UВ амплітуди.
Шляхом їх порівняння з ваговим коефіцієнтом UΣ-k·UΔ і обмеження відємної частини сигналу формується короткий “імпульс РСН”, який відповідає моменту прийому відбитого сигналу з рівносигнального напрямку.
Момент прийому сигналу від вершини перешкоди фіксується по різкому спаданню сигналу через досягнення радіотіні.

UΣ - k·UΔ

високої точності селекції фрагментів підстилаючої поверхні зондування здійснюється короткими імпульсами,

а напрямок визначається моноімпульсним методом. Тому в послідовні моменти часу після випромінювання зондуючого сигналу в обидва прийомні канали надходять одночасно сигнали від одного й того ж фрагменту.
Варіанти отримання інформації:
1. Вимірювання напрямку (кутомірні методи) на ділянку підстилаючої поверхні на заданій упередженій дальності:
- методом “по РСН”,
- методом “поза РСН”.
2. Вимірюванням дальності (дальномірні методи) до ділянки підстилаючої поверхні в рівносигнальному напрямку.

Δβ від напрямку на упереджену точку, формується сигнал помилки її

супроводження по напрямку – антена відслідковує напрямок на упереджену дальність моноімпульсним методом.
Інформація про напрямок β на упереджену точку видається електромеханічним датчиком положення антени.
Прогнозована висота прольоту над упередженою точкою Ну≈β·DУ..
Переваги: потрібна стабільність тільки нуля пеленгаційної характеристики, діапазон кутів β не обмежений шириною ДСА, висока точність стеження за фрагментом місцевості на дальності DУ.
Недоліки: для контролю інших фрагментів треба змінювати DУ, інерційність антени.

Кутомірні методи

Кутомірний метод “по РСН”.

кут β0.
Шляхом порівняння сигналів Δ і Σ фазовим детектором виявляється

відхилення РСН Δβ від напрямку β0 на упереджену точку, пеленгація якої здійснюється моноімпульсним методом.
Інформація про напрямок β0 на упереджену точку видається електромеханічним датчиком положення антени.
Прогнозована висота прольоту над упередженою точкою Ну≈(β0+Δβ)·DУ..
Переваги: практично миттєвий контроль всіх фрагментів в межах пелюстка ДСА, несуттєва інерційність антени.
Недоліки: необхідна висока стабільність всієї пеленгаційної характеристики, потрібне нормування відбитих сигналів.

Кутомірний метод “поза РСН”.

Σ і Δ формує імпульс РСН, затримка якого відносно моменту

випромінювання відповідного зондуючого сигналу t0 пропорційна дальності до фрагменту підстилаючої поверхні, на який орієнтовано РСН.
Формувач сигналу дальності визначає затримку імпульсу РСН відносно моменту t0.
Прогнозована висота прольоту над упередженою точкою Ну≈β0·D.
Переваги: необхідна тільки стабільність нуля пеленгаційної характеристики, некритичність до нормування, несуттєва інерційність антени.
Недоліки: для контролю інших фрагментів треба змінювати β0, інерційність антени.

А – антена
СРП – сумарно-різницевий перетворювач
АД – амплітудний дальності
ФІ РСН – формувач імпульсів РСН
ФD – формувач сигналу дальності

D

Су-24 входить до складу контуру маловисотного польоту і призначена для

інформаційного забезпечення польоту над земною поверхнею на заданій висоті маневруванням у вертикальній площині при автоматичному, напівавтоматичному (директорному) або ручному управління літаком.
Задачі:
У складі контуру маловисотного польоту – забезпечення маловисотного польоту на заданій постійній висоті відносно підстилаючої поверхні шляхом визначення прогнозованої висоти прольоту над перешкодою на упередженій дальності.
У складі прицільно-навігаційної системи – по цілевказанню від ПНС за напрямком визначення похилої дальності до наземної, надводної або повітряної цілі для забезпечення прицілювання і застосування зброї.

Загальні відомості про РЛС ПП

НЗ=200, 300 або 400 м.
Крутизна схилів підстилаючої поверхні – ≤300.
Перепад

висот підстилаючої поверхні – ≤2 км.
Максимальна упереджена дальність – 5 км.
Помилка визначення прогнозованої висоти прольоту – 0.35НЗ.
Час упередження – 10 с.

Режим роботи – БЗ (бойові задачі).
Діапазон вимірюємих дальностей наземних цілей – ≤7 км.
Діапазон вимірюємих дальностей повітряних цілей – ≤10 км.
СКП вимірювання дальності – ±50 м.
Цілевказання по азимуту і куту місця – зовнішнє.

0.35 мкс.
Частота повторення зондуючих сигналів – 2000 Гц.
Ширина ДСА у

горизонтальній площині – 30 30’.
Ширина ДСА у вертикальній площині – 60 40’.
Ширина “стиснутої” ДСА – 20’…30’.
Сектор відхилення ДСА по азимуту – ±150.
Сектор відхилення ДСА по куту місця – -280 … +500.

Склад РЛС ПП
РФ-1 – антена.
РФ-2М – передавач.
РФ-3 – приймач.
РФ-11 – сервопідсилювач.
РФ-22М – обчислювач.
РФ-33 – синхронізатор і дальномір.

Технічні характеристики

антенний перемикач
Прд, Прм – передавач, двохканальний приймач
С+Д – синхронізатор і

дальномір
Обч – обчислювач
КУА – канал управління антеною

Некогерентна періодична послідовність зондуючих сигналів через антенний перемикач надходить в антену і випромінюється сумарною ДСА. Відбиті сигнали сумарної ДСА надходять в двохканальний приймач через антенний перемикач, а різницевої ДСА – безпосередньо. Виділені обвідні сигналів Σ і Δ використовуються в дальномірі для формування імпульсу РСН.
По затримці імпульсів РСН відносно імпульсів запуску передавача (ІЗП) в дальномірі визначається дальність D до фрагменту підстилаючої поверхні на рівносигнальному напрямку.
В обчислювачі розраховується потрібна упереджена дальність DУ=10V, тобто на маневр у вертикальній площині для уникнення зіткнення з перешкодою передбачено 10 с.

D порівнюється з розрахованою упередженою дальністю DУ і виробляється сигнал

управління антеною ΔD=DУ-D.
Слідкуюча система каналу управління антеною підтримує положення антени у вертикальній площині таким, щоб ΔD=0: при цьому РСН орієнтовано в упереджену точку, виміряна дальність D=DУ і датчик положення антени у вертикальній площині вказує напрямок на упереджену точку βУ.
Прогнозована висота прольоту над фрагментом поверхні на упередженій дальності становить Ну≈βУ·D=βУ·DУ.
Якщо в сумарному сигналі з'являється провал до рівня внутрішніх шумів, то це є результат затінення частини підстилаючої поверхні на зворотній стороні вершини перешкоди. Якщо такий провал з'являється на дальності DСлідкуюча система каналу управління антеною забезпечує супроводження вершини перешкоди.
Прогнозована висота прольоту над вершиною Ну≈βВ·D=βВ·DВ.

перейде в звичайний режим роботи.
В горизонтальній площині антена орієнтується по

вектору швидкості літака.
Режим БЗ
Антена РЛС по цілевказанню від ПНС рівносигнальним напрямком орієнтується на атакуєму ціль.
В режимі ЗЕМЛЯ дальність визначається по затримці імпульсів РСН відносно відповідних ІЗП.
В режимі ПОВІТРЯ відбитий точковою ціллю сигнал являється коротким радіоімпульсом тривалістю 0.25 … 0.35 мкс. Тому дальність визначається по затримці імпульсних сигналів Σ відносно відповідних ІЗП.

на малих і гранично малих висотах.
Бортова система забезпечення маловисотного польоту.
Принципи

упередженого отримання інформації про характер рельєфу місцевості.
РЛС профільного польоту.

навчального посібника і підручників:
Презентація АЗРН3.ppt.
П.И.Дудник. Авиационные радиолокационные устройства. –

М.: ВВИА им. Н.Е.Жуковского, 1976.
В.А.Войчук, В.І.Романенко, Д.В.Васягін. Експлуатація й ремонт радіоелектронного обладнання літаків, вертольотів та авіаційних ракет. (Електронний підручник). – К.: НАУ, 2011, тема 20.