×
07.09.2018
218.016.84c2

Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к системам наведения на высокоскоростные и маневрирующие цели, в частности к системам наведения на гиперзвуковые летательные аппараты (ГЗЛА). Система управления обеспечивает перехват цели с высокой точностью, учитывая только ошибки наведения по углу и угловой скорости. С помощью пеленгатора перехватчика или других источников информации формируется измерение пеленга цели, на основе которого в фильтрах формируются оценки требуемых значений угла визирования цели и его производной, а также их текущих значений, которые передаются в усилители, где одновременно формируются сигналы. Сформированные сигналы передаются в сумматор, в котором формируется сигнал управления перехватчика. Сигнал передается на органы управления перехватчика, которые изменяют его пространственное положение. Способ позволит обеспечить более высокую устойчивость и точность перехвата высокоскоростных и маневрирующих целей, в том числе ГЗЛА. 7 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к системам наведения на воздушные цели, в частности на высокоскоростные и интенсивно маневрирующие цели.

Среди новых видов воздушно-космической техники, к которым относятся сверхманевренные (СМЛА), гиперзвуковые (ГЗЛА), беспилотные (БЛА) летательные аппараты (ЛА), сверхзвуковые крылатые и нестратегические баллистические ракеты, наиболее проблемными для перехвата являются ГЗЛА, что в первую очередь обусловлено следующими причинами:

сложным непредсказуемым характером траекторий, в законе изменения которых содержатся высокие производные с изменяющимися знаками, что делает невозможным использование традиционных способов обнаружения, сопровождения и наведения в упрежденную точку встречи;

большим разбросом высот (до десятков километров) и скоростей, вплоть до околокосмических;

заведомым несоответствием динамических свойств ГЗЛА и перехватчиков, что ограничивает зону перехвата только передней полусферой, предопределяющим невозможность использования прямых методов наведения.

Качественно траектория полета ГЗЛА в вертикальной плоскости показана на фиг. 1.

В качестве прототипа был выбран один из наиболее распространенных методов - метод пропорционального наведения (МПН) [1].

В этом методе требуемое поперечное ускорение в плоскости управления должно быть пропорционально угловой скорости линии (ЛВ) визирования и скорости сближения ЛА с целью:

Недостатками МПН является отсутствие учета погрешности сопровождения цели по углу и плохая управляемость на больших расстояниях. Кроме того, прямолинейность траектории наведения для МПН реализуется лишь при наведении на неманеврирующие цели.

Проведенные исследования показали, что можно реализовать перехват ГЗЛА при условии, что в законе наведения перехватчика используются высокие (до четвертого порядка) производные угловых координат [2].

Однако для информационного обеспечения такого способа наведения практически невозможно синтезировать фильтр, устойчиво формирующий оценки угла, угловой скорости и ее первой и второй производных, поскольку измеряется только угол.

В связи с этим целесообразно синтезировать способ наведения, который обеспечивал бы перехват ГЗЛА без знания высоких производных.

Эта задача может быть решена на основе математического аппарата синтеза нелинейного управления [3], который позволяет для n-мерной системы

предназначенной для отработки n-мерного процесса

сформировать r-мерный (r ≤ n) сигнал управления

оптимальный по минимуму квадратично-биквадратного функционала качества

где Δx = xT - xY;

K - матрица штрафов за величину сигналов управления;

Q - матрица штрафов за точность приближения хУ к хТ;

Р - симметричная матрица, определяющая вес нелинейной составляющей (6) в составе уравнения (4).

Здесь и далее для упрощения записей опущена зависимость векторов и матрицы М от времени t.

Рассмотрим процедуру синтеза способа наведения перехватчика на ГЗЛА при условии, что наводимый летательный аппарат аппроксимируется моделью

а модель движения ГЗЛА кинематическими уравнениями [1]

В (7), (8) ϕу, ϕт - текущие и требуемые значения пеленга цели с перехватчика, а ωу, ωт - угловых скоростей изменения ϕу и линии визирования цели с перехватчика;

b и Т - коэффициент передачи ЛА и постоянная времени в плоскости управления;

jу - поперечное ускорение, выполняющее роль сигнала управления;

Д и - дальность до цели и скорость ее изменения;

jт - поперечное ускорение цели;

и - центрированные гауссовские возмущения, действующие на перехватчик и ГЗЛА.

Необходимо отметить, что манипулируя законом изменения jт в (8), можно реализовать траекторию полета ГЗЛА любой сложности.

Геометрические соотношения между целью и перехватчиком показаны на фиг. 2.

Необходимо по моделям (7) и (8) найти по правилу (4) сигнал jу управления перехватчиком, оптимальный по минимуму функционала

где

Поставив в соответствие (7) - (9) с (2), (3) и (5), получим

Тогда на основе (4):

где в соответствии с выводами теоремы статистической эквивалентности

формируются на основе оптимальных оценок , и ,

Анализ соотношений (12) и (13) позволяет сделать следующие выводы.

Способ (12) характеризует систему наведения с нелинейным управлением, в котором наряду с линейной компонентой, определяемой первыми двумя слагаемыми, используется и нелинейная компонента, определяемая третьим, четвертым и пятым слагаемыми.

Сигнал управления зависит не от абсолютных значений коэффициентов штрафов, а от их соотношений q12/kj, q22/kj и р11/kj, р21/kj, р22/kj, что существенно облегчает процедуру расчета сигналов управления.

Сигнал управления зависит не только от абсолютных значений Δϕ и Δω, но и от их сочетаний по величине и знаку.

Для получения сигнала управления не требуется знания производных угловых скоростей [2], а достаточно иметь оценки , и , , что не накладывает ограничений на возможность его формирования.

Технический результат, который может быть получен от использования предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении высокой устойчивости и точности перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных целей.

Технический результат достигается за счет использования закона (12) для управления наводимым ЛА на цель, в котором в различных сочетаниях учитываются ошибки наведения по углу и угловой скорости, что и отличает его от прототипа (1).

Сущность предлагаемого изобретения заключается в разработке способа формирования сигнала управления, при котором наводимый на цель ЛА управляется по закону (12), который формируется с использованием оценок , и , , полученных от бортовых измерителей либо от других источников информации.

Принципы функционирования предложенного способа для одной плоскости поясняются структурной схемой, проиллюстрированной фигурой 3, на которой функциональные блоки перехватчика объединены пунктирной линией. На этой фигуре

1 - измерители углов, поступающих в фильтр 2;

2 - фильтр, формирующий оценки и передающий их на усилители 3-7;

3 - усилитель, формирующий на основе оценок сигнал и передающий его на сумматор 8;

4 - усилитель, формирующий на основе оценок сигнал

и передающий его на сумматор 8;

5 - усилитель, формирующий на основе оценок сигнал

и передающий его на сумматор 8;

6 - усилитель, формирующий на основе оценок сигнал

и передающий его на сумматор 8;

7 - усилитель, формирующий на основе оценок

сигнал и передающий его на сумматор 8;

8 - сумматор, получающий на вход сигналы из усилителей 3-7, формирующий сигнал управления jу и передающий его на органы управления ЛА 9;

9 - органы управления ЛА, получающие на вход сигнал управления jу и изменяющие пространственное положение ЛА;

10 - цель.

Работоспособность предложенного способа наведения оценивалась по результатам моделирования полета ГЗЛА в вертикальной плоскости по сложному закону, который качественно показан на фиг. 4, и полета перехватчика (7) с управлением (12) в широком поле начальных условий применения.

Эффективность предложенного нового метода наведения (НМН) оценивалась по величине ошибок управления по углу Δϕ, а также по величинам текущего промаха h и требуемого поперечного ускорения jу наводимого ЛА в процессе сравнения с перехватом по наиболее распространенному [1] методу пропорционального наведения (МПН):

Траектории ГЗЛА и перехватчиков, управляемых по НМН и МПН, показаны на фиг. 4.

На этой фигуре приняты следующие обозначения:

1-6 - наведение по НМН (сплошная линия);

7-12 - наведение по МПН (штриховая линия);

1 и 2, 7 и 8 - начальная высота перехватчика 5 км;

3 и 4, 9 и 10 - начальная высота перехватчика 10 км;

5 и 6, 11 и 12 - начальная высота перехватчика 20 км;

1, 3, 5, 7, 9, 11 - начальная ошибка наведения Δϕ = -15°;

2, 4, 6, 8, 10, 12 - начальная ошибка наведения Δϕ = 15°.

Из фиг. 4 видно, что перехват по НМН реализуется во всем поле высот применения с достаточно большими первоначальными угловыми ошибками, в то время как при использовании традиционного МПН перехват не выполняется.

На фиг. 5 и 6 показаны соответствующие текущие ошибки наведения по углу и текущие промахи.

Из этих фигур видно, что НМН реализует существенно более высокую точность наведения, обеспечивая сведение угловых ошибок и промахов практически к нулю, несмотря на очень сложный закон движения ГЗЛА, в то время как использование МПН приводит к их нарастанию, свидетельствуя о невозможности перехвата.

Из фиг. 7 видно, что перехват по НМН выполняется в реализуемом на практике диапазоне поперечных ускорений, в то время как при МПН требуются очень большие, не реализуемые на практике значения ускорений.

В заключение необходимо отметить, что предлагаемое изобретение может быть реализовано в существующих самолетах и ракетах.

Источники информации

1. Меркулов В.И., Дрогалин В.В., Канащенков А.И. и др. Авиационные системы радиоуправления. Т. 2. Радиоэлектронные системы самонаведения. / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. - М.: Радиотехника, 2003 - 389 с.

2. Меркулов В.И., Соколов Д.А. Устранение несоответствия динамических свойств подсистем в процессе их совместного функционирования в составе сложных технических систем управления. // Динамика сложных систем. 2016. №1. С. 26-32.

3. Меркулов В.И. Оптимизация систем управления по локальным квадратично-биквадратным функционалам качества. // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2016. №11. С. 27-33.


Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Способ перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных воздушно-космических объектов
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 66 items.
10.08.2015
№216.013.69f1

Способ автоматизированного выявления компактных групп взаимодействующих воздушных объектов

Изобретение предназначено для выявления и радиолокационного сопровождения групп взаимодействующих воздушных объектов (ВО). Достигаемый технический результат - увеличение времени сопровождения групп ВО за счет более раннего их выявления. Указанный результат достигается за счет того, что с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558674
Дата охранного документа: 10.08.2015
27.08.2015
№216.013.73bb

Способ формирования канала для передачи оптического сигнала между компонентами электронного модуля

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в оптических системах. Технический результат состоит в упрощении формирования оптического канала. Для этого из оптически прозрачного материала изготавливают призму, которая в основании имеет трапецию, углы которой равны 45, 135,135,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561202
Дата охранного документа: 27.08.2015
27.10.2015
№216.013.8918

Способ терморихтовки металлических пластин и устройство для его осуществления

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к точному, и может быть использовано, в частности, при изготовлении металлических подложек электронных модулей. Пакет металлических листов размещают между плоскими шлифовальными, сжимающими пакет плитами при помощи шпилек, затем равномерно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566699
Дата охранного документа: 27.10.2015
20.11.2015
№216.013.8f75

Способ образования канала для передачи оптического сигнала между компонентами электронного модуля

Изобретение относится к способам образования канала передачи оптического сигнала. Из материала, который выбирают исходя из длины волны используемого оптического излучения, изготавливают оптическую деталь, которая представляет собой волновод оптического излучения, выполненный в виде двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568341
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.11.2015
№216.013.9143

Устройство для терморихтовки металлических пластин

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно точного, и может быть использовано при подготовке металлических пластин к монтажу электронных компонентов. Устройство терморихтовки металлических пластин содержит плоские опорные плиты с отверстиями, расположенными по контуру,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568803
Дата охранного документа: 20.11.2015
20.12.2015
№216.013.9b05

Переменный аттенюатор

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах для регулировки уровня проходящей мощности СВЧ. Заявленный переменный аттенюатор содержит полосковый проводник, соединенный с входным и выходным коаксиальными разъемами и установленный между двумя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571310
Дата охранного документа: 20.12.2015
20.12.2015
№216.013.9b3a

Способ управления инерционным приводом антенны, обеспечивающий устойчивое сопровождение интенсивно маневрирующих и высокоскоростных воздушных объектов

Изобретение относится к радиоэлектронным системам сопровождения, в частности к следящим системам по направлению (измерителям углов и угловых скоростей линии визирования), в которых используется инерционный привод антенны, и может быть использовано для эффективного управления инерционными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571363
Дата охранного документа: 20.12.2015
20.12.2015
№216.013.9d1c

Способ траекторного управления беспилотным летательным аппаратом для облета рельефа местности в вертикальной плоскости

Изобретение относится к способам управления летательными аппаратами. Для управления пилотируемыми или беспилотными летательными аппаратами (БЛА) при совершении маловысотного полета с облетом групп препятствий в вертикальной плоскости задают движение по траектории полета с заданными углами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571845
Дата охранного документа: 20.12.2015
27.12.2016
№216.013.9e01

Способ и система совместной обработки измерений дальности и скорости для многодиапазонной радиолокационной системы кругового обзора

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для обработки сигналов двухдиапазонных радиолокационных систем. Достигаемый технический результат - повышение точности обработки измерений дальности до цели и скорости сближения с целью. Указанный результат достигается за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572079
Дата охранного документа: 27.12.2015
20.01.2016
№216.013.a34f

Датчик температуры электронного модуля

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля температуры компонентов электронного модуля, использующего в качестве коммуникационной среды оптическое излучение, например может быть использовано в составе высокоскоростных оптических каналов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573449
Дата охранного документа: 20.01.2016
Showing 1-10 of 48 items.
20.01.2013
№216.012.1ca3

Электропроводящая краска для радиопоглощающих заполнителей

Изобретение может быть использовано для получения искусственных пленочных электропроводящих покрытий (резистов), предназначенных для изготовления радиопоглощающих заполнителей. Электропроводящая краска для радиопоглощающих заполнителей включает поливинилацетатное связующее, коллоидный графит,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472825
Дата охранного документа: 20.01.2013
10.04.2013
№216.012.3289

Многослойная пластина устройства для стерильного соединения (сварки) полимерных магистралей из термопластичных материалов полимерных контейнеров

Изобретение относится к средствам для соединения пластиковых материалов, в частности к электрическим средствам для нагрева инструмента для резки или запаивания пластиковых элементов, полимерных магистралей для пластиковых контейнеров. В частности - к устройству, пригодному для расплавления и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478480
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.06.2013
№216.012.4ff3

Способ получения многослойной радиопрозрачной панели со средним слоем калиброванного пенопласта

Изобретение относится к способу получения многослойной радиопрозрачной панели из, по меньшей мере, двух слоев стеклопластика со средним газонаполненным слоем калиброванного пенопласта. Согласно способу укладывают пропитанную стеклоткань в форму, состоящую из матрицы и пуансона, повторяющих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486060
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.08.2013
№216.012.5fda

Способ траекторного управления летательными аппаратами с облетом зон с неблагоприятными метеорологическими условиями

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам траекторного управления летательных аппаратов (ЛА). Способ автоматизации процесса коррекции траектории полета ЛА, осуществляющего движение по заранее запланированному маршруту, при облете опасных зон (зон с неблагоприятными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490170
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.11.2013
№216.012.7f9d

Способ перехвата воздушных целей летательными аппаратами

Изобретение относится к наведению летательных аппаратов на воздушные цели (ВЦ). Достигаемый технический результат - повышение ситуационной осведомленности летчика о конечных результатах наведения и упрощение соответствующих вычислений. Указанный результат достигается за счет того, что в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498342
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.06.2014
№216.012.d0e1

Углеродсодержащая композиция для радиозащитных материалов

Заявленное изобретение относится к области электротехники, а именно к составу углеродсодержащей композиции для получения радиозащитных материалов. Композиция содержит 5-16 мас.% ультрадисперсного активного углерода со средним размером частиц 5-100 нм и удельной поверхностью 16-320 м/г,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519244
Дата охранного документа: 10.06.2014
27.07.2015
№216.013.6677

Способ стробового отождествления сигналов с источниками радиоизлучения в многоцелевой обстановке

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для повышения точности определения местоположения и других параметров наземных источников радиоизлучений (ИРИ) с помощью систем радиотехнической разведки (СРТР). Достигаемый технический результат - повышение достоверности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557784
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.08.2015
№216.013.69f1

Способ автоматизированного выявления компактных групп взаимодействующих воздушных объектов

Изобретение предназначено для выявления и радиолокационного сопровождения групп взаимодействующих воздушных объектов (ВО). Достигаемый технический результат - увеличение времени сопровождения групп ВО за счет более раннего их выявления. Указанный результат достигается за счет того, что с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558674
Дата охранного документа: 10.08.2015
20.12.2015
№216.013.9b3a

Способ управления инерционным приводом антенны, обеспечивающий устойчивое сопровождение интенсивно маневрирующих и высокоскоростных воздушных объектов

Изобретение относится к радиоэлектронным системам сопровождения, в частности к следящим системам по направлению (измерителям углов и угловых скоростей линии визирования), в которых используется инерционный привод антенны, и может быть использовано для эффективного управления инерционными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571363
Дата охранного документа: 20.12.2015
20.12.2015
№216.013.9d1c

Способ траекторного управления беспилотным летательным аппаратом для облета рельефа местности в вертикальной плоскости

Изобретение относится к способам управления летательными аппаратами. Для управления пилотируемыми или беспилотными летательными аппаратами (БЛА) при совершении маловысотного полета с облетом групп препятствий в вертикальной плоскости задают движение по траектории полета с заданными углами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571845
Дата охранного документа: 20.12.2015
+ добавить свой РИД