Рис. 19. Отсек ОГС 9Э410
Решение задачи пространственной селекции целей осуществляется созданием узкого поля зрения ОГС (2°) за счёт применения зеркально-линзовой оптической системы (объектива). Однако узкое поле зрения потребует точного прицеливания и принудительного совмещения оптической оси объектива с линией прицеливания.
Для пространственной селекции оптического излучения объектов выбор угла поля зрения носит характер оптимизации: при очень малом угле затрудняется наведение и сопровождение, а при большом - повышается объём информации, в том числе ложной. Величина угла зависит от отношения фокусного расстояния и диаметра кадра объектива.
Задача спектральной селекции инфракрасного излучения поражаемых целей, ложных тепловых целей (ЛТЦ), фоновых помех и защита от них решается путём избирательного двухканального приёма инфракрасного излучения поражаемых целей и помех.
Физическими основами пассивной оптической локации является то, что все тела, температура которых выше абсолютного нуля, излучают электромагнитные волны в оптическом диапазоне. Оптический диапазон лежит между радио- и рентгеновским излучением и включает в себя:
• инфракрасное излучение с длиной волны λ = 1000–0,78 мкм;
• видимое излучение - λ = 0,78–0,4 мкм;
• ультрафиолетовое излучение - λ = 0,4–0,001 мкм.
При этом также известно, что:
• максимум спектральной интенсивности излучения Солнца, его фоновых отражений достигается при λ = 1 мкм, а ложных тепловых целей (ЛТЦ) - при λ = 2 мкм;
• нагретые элементы сопел реактивных двигателей и выхлопных патрубков поршневых двигателей, а также их выхлопные газовые струи имеют инфракрасное (тепловое) излучение в узком диапазоне длин волн 2,6–6,5 мкм.
При построении приёмных устройств для инфракрасного излучения в объективах создаются входные оптические полосовые фильтры, которые, в принципе, могут быть созданы различными методами: интерференцией, избирательным поглощением, избирательным отражением, избирательным преломлением и поляризацией.
Использование в приёмниках оптических фильтров позволяет:
• выделить из всего потока лучистой энергии только инфракрасное излучение целей и помех;
• образовать в приемном устройстве два спектральных канала: основной (ОК) - поражаемых целей и вспомогательный (ВК) - помех.
Сравнение уровней сигналов в ОК и ВК позволяет выстроить логику селекции и защиты:
ВК/ОК < 1 - цель; ВК/ОК ≈ 1 - фон; ВК/ОК > 1 - ЛТЦ.
Задача преобразования инфракрасного излучения выбранной для обстрела цели в электрический сигнал ошибки слежения, пропорциональный пространственному рассогласованию оптической оси ОГС и линии визирования "ракета - цель" решается следующим образом:
• Оптическая система формирует в фокальной плоскости изображение цели в виде пятна малых размеров (положение пятна в фокальной плоскости однозначно характеризует направление (ε) и величину угла (А) рассогласования оптической оси и линии визирования, т. е. ошибку слежения).
• Модулятор приемного устройства, расположенный в фокальной плоскости, производит сканирование положения пятна и модуляцию потока лучистой энергии по закону ошибки слежения. В качестве модуляторов нашли применение вращающиеся диски - растры с чередующимися прозрачными и непрозрачными участками.
Рис. 20. Принцип формирования изображения цели и ошибки слежения
• Фотодетекторы приёмного устройства преобразовывают модулированный лучистый поток в пропорциональный электрический сигнал ошибки слежения. В качестве детекторов наибольшее применение нашли фоторезисторы - полупроводниковые приборы, не содержащие p - n перехода. В них при поглощении фотонов генерируются электронно-дырочные пары, создающие, при приложении внешнего электрического поля ток в рабочей цепи. Подбором материала и температуры фоторезистора можно обеспечить требуемый диапазон его спектральной чувствительности.
Для обеспечения захвата и автоматического сопровождения выбранной для обстрела цели необходимо:
1. Принудительно совместить (арретировать) оптическую ось ОГС с линией прицеливания пусковой трубы (реализуется автоматически при выдаче питания от наземного источника).
2. Прицелиться (совместить линию прицеливания с направлением на цель).
3. Для перехода на автоматическое сопровождение нажать на пусковой крючок (до положения "РР" - разрешение разарретирования). При этом следящая система разарретируется и начинает работать. Задающим воздействием для следящей системы является сигнал ошибки слежения, а в качестве исполнительного элемента используется свободный гироскоп, на роторе которого и закреплён объектив. Под действием электромагнитного момента внешних сил, создаваемого следящей системой, ротор гироскопа прецессирует в сторону уменьшения ошибки слежения, причем с угловой скоростью, пропорциональной ошибке слежения.
Формирование сигнала управления ракетой по методу пропорционального сближения осуществляет автопилот. Он представляет собой одноканальную систему автоматического регулирования и структурно состоит из формирователя сигнала управления рулями (ФСУР) и рулевой машины (РМ).
Объектом управления автопилота являются рули планера ракеты. С помощью планера изменяется положение ракеты относительно цели (т. е. изменяется положение линии визирования "ракета - цель").
При управлении полётом по методу пропорционального сближения ракета наводится не на цель, а в некоторую упрежденную точку встречи (УТВ) по условию равенства нулю угловой скорости поворота линии визирования, т. е. наличие угловой скорости линии визирования свидетельствует об ошибке наведения, которую автопилот должен свести к нулю.
Измерителем угловой скорости линии визирования является гироскопический следящий координатор, сопровождающий цель. При этом информация об угловой скорости линии визирования содержится в сигнале ошибки слежения, поэтому он подается на автопилот как сигнал ошибки наведения.
Для решения этих задач ОГС имеет следующую структуру и состав:
I. Следящий координатор цели (СКЦ):
1. Свободный гироскоп:
а) статор:
• катушки вращения (КВ);
• катушки коррекции (КК);
• катушки генератора опорных напряжений (ГОН);
• катушки пеленга (П);
б) ротор:
• карданов подвес;
• постоянный магнит;
• координатор;
• оптическая система (О);
• фотоприёмники основного и вспомогательного каналов (ФПок, ФПвк);
2. Системы автоматического управления:
а) следящая система арретирования и коррекции ротора гироскопа (СС);
б) система стабилизации оборотов ротора гироскопа (ССО).
II. Автопилот:
1. Формирователь сигнала управления рулями (ФСУР).
2. Газовая рулевая машина (и пороховой управляющий двигатель).
УСТРОЙСТВО И РАБОТА ОГС
Оптическая система
Оптическая система предназначена для избирательного приёма инфракрасного излучения поражаемых целей и помех и фокусировки его в фокальных плоскостях основного и вспомогательного спектральных каналов координатора.
В ОГС 9Э410 применена зеркально-линзовая оптическая система, состоящая из следующих элементов:
1) обтекатель;
2) главное зеркало;
3) корригирующая линза;
4) контрзеркало;
5) спектроразделительный фильтр.
Все элементы оптической системы, за исключением обтекателя, размещены на валу ротора гироскопа и образуют объектив, имеющий шесть степеней свободы:
• вращение относительно 3 осей связанной системы координат (начало координат - в точке карданного подвеса ротора):
- вкруговую по крену (относительно оптической оси);
- на углы ±38° по тангажу и рысканию (углы пеленга цели);
• перемещение вместе с ракетой по 3 осям земной системы координат.
Фокусное расстояние (F) такого объектива равно пути оптического потока от зеркала до фоторезистора, расположенного в фокальной плоскости.
Угол зрения объектива (φ) равен отношению диаметра фотосопротивления (d) к фокусному расстоянию:
φ = d/F, град.
Телесный угол поля зрения ω ≈ φ2, стерадиан.
Рис. 21. Прохождение оптических сигналов цели и помехи в объективе ОГС:
1 - обтекатель; 2 - контрзеркало; 3 - фоторезистор ВК; 4 - фоторезистор ОК; 5 - корригирующая линза; 6 - спектроразделительный фильтр; 7 - главное зеркало-магнит