Способ сближения движущегося объекта при самонаведении по информации о факте визирования цели

Способ сближения движущегося объекта при самонаведении по информации о факте визирования цели

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области автоматического управления при сближении движущегося объекта (в дальнейшем «объект») с другим движущимся объектом (в дальнейшем «цель») в случае самонаведения с использованием минимальной информации о цели, а именно: о факте совпадения вектора линейной скорости объекта с линией визирования цели.

Известен способ самонаведения объекта с использованием указанной информации - это «метод погони, который обеспечивает управление при самонаведении, используя информацию постоянного визирования цели, то есть вектор скорости объекта при его сближении с целью постоянно направлен на цель (В.А. Ржевкин, «Радиоэлектронные системы управления ракетами и снарядами», Госкомиздат, 1996 г., ч. 1, п. 2.3, стр. 27).

При самонаведении на цель по «методу погони», в зависимости от условий сближения могут существовать зоны на траектории сближения объектов, особенно при встречном самонаведении, где возникают недопустимые величины промахов. На фиг.1 приведен пример встречного сближения объекта и цели по методу погони, когда скорость цели превышает скорость объекта: скорость цели - 35 условных единиц (у.е.), скорость объекта - 26,4 у.е.

Траектория цели - это линия 1, траектория объекта - линия 2. Промах при «погоне» в данном случае значительно превышает допустимое значение, так как минимальный радиус разворота объекта в примере равен 15 у.е., а промах - 65 у.е.

Задачей предлагаемого способа является реализация самонаведения объекта, используя информацию о цели метода погони, даже с возможно меньшей, чем у цели, линейной скоростью при встречном самонаведении.

Для решения этой задачи предлагается перемещать объект по траектории, состоящей из дугообразных отрезков, по которым объект двигается с максимально возможной постоянной угловой скоростью ω₀. Два дугообразных отрезка объединяются в цикл, который начинается и заканчивается по факту визирования цели, фиг. 2, где:

OA₁BCDEF … - траектория объекта при самонаведении;

O₁NM - траектория цели;

OO₁, DN, FM - линии визирования цели в моменты времени «i-1», «i», «i+1» соответственно, которые параллельны линиям: OO₁ || DD₁ || E₁E₂, DN || MM₂;

ось x₀ - ось отсчета углов инерциальной системы координат;

ось x - ось чувствительности локатора цели, она же ось связанной с объектом системы координат;

V - линейная скорость объекта, совпадающая с осью чувствительности локатора;

V₁ - линейная скорость цели;

O₂O=O₂A₁=R,

где R - радиус разворота объекта,

∠O₁Ox₀=∠Е₂Е₁x₀, ∠NE₁x₀=∠N₁NE₁ - углы наклона траектории объекта относительно оси инерциальной системы координат x₀ в моменты визирования цели; , значения этих углов в моменты времени «i-1», «i» соответственно;

∠E₂E₁N=|∠NE₁x₀-∠E₂E₁ x₀|=∠N₁NE₁, откуда , значение ∠M₂MF: , так как DN параллельна М₂М;

, - количественное приращение значений углов наклона траектории относительно оси инерциальной системы координат x₀ в текущих циклах относительно предыдущих в момент визирования цели.

Знак величины от точки D или E₁ имеет положительное значение, если зафиксирован против часовой стрелки относительно линии визирования DN (направления x в связанной системе координат), отрицательное значение, если по часовой стрелке. Относительно точки N - наоборот.

∠x₀B₁B, ∠x₀E₁E - заданные углы наклона траектории объекта относительно оси инерциальной системы координат x₀, определяющие момент смены знака разворота объекта; , - значения этих угловых величин в циклах и «i»;

∠O₁OB=∠OO₂A₁, ∠EDN - средние углы упреждения, которые определяют момент смены знака разворота объекта, то есть средние углы наклона траектории объекта относительно линии визирования после «i-1»-го и «i»-го момента времени соответственно, q_i-1, q_i - -значения этих углов;

- значение величины угла ∠CC₁D; , так как ∠CC₁D=∠N₁NE₁; знак имеет положительное значение, если относительно C₁C угол зафиксирован по часовой стрелке, если против часовой стрелки - отрицательное значение. Следует отметить, что ;

φ - угол наклона вектора скорости цели относительно линии визирования.

Процесс управления движением объекта при самонаведении осуществляется следующим образом.

После визирования цели в точке О объекту придают движение по дуговому отрезку ОВ с угловой скоростью ω_o. По достижению объектом заданного значения q_i-1 в точке В знак ω_o. меняют на противоположный, и объект, двигаясь по дуге BD, снова сменяет знак разворота после визирования цели в точке D.

Каждый раз, в момент визирования цели (например в «i»-ый, точка D траектории объекта) производят замер текущего значения величины угла наклона траектории объекта относительно инерциальной системы координат и сравнивают его с предшествующим значением в «i-1»-той точке визирования:

и с учетом полученного значения величины задают вычисленное по закону управления «i»-oe значение среднего угла упреждения q_i.

Суть изобретения состоит в том, что предлагается формировать текущее значение среднего угла упреждения q в цикле по закону управления в виде дробно-рациональной функции:

где k=1, 0 … в зависимости от условий сближения.

Таким образом, процесс сближения объекта с целью по предлагаемому методу самонаведения проводится в следующем порядке, фиг. 1:

1. Объект, находящийся в точке О, визирует цель (точка O₁), момент времени «i-1»; одновременно запоминают значение .

2. Объект перемещают в течение времени T₁ до достижения заданного значения величины угла наклона траектории объекта относительно оси инерциальной системы координат x₀ с угловой скоростью ω_o, при этом средний угол упреждения составит значение q_i-1, до точки В, где меняют знак разворота объекта. Значение запоминают.

3. После смены знака ω_o объект перемещают до момента «i» - факта визирования цели в точке D траектории объекта, которым заканчивается «i-1»-вый цикл сближения и начинается новый, «i»-тый цикл.

В этот момент:

а/ фиксируют значение ;

б/ производят сравнение и определяют его знак: в данном случае значение положительное, так как в связанной системе координат (относительно оси x) направление угла ∠Е₂Е₁x₀ зафиксировано против часовой стрелки;

в/ вычисляют значение среднего угла упреждения q_i в «i»-ом цикле, используя закон управления (3);

г/ производят смену знака разворота на противоположный;

4. Реализуют движение объекта по траектории DE с выходом на заданный в п. 3 в средний угол упреждения q_i путем:

а/ перемещения объекта в течении заданного значения T₁, которое в «i»-том цикле равно:

справедливо, так как , фиг. 2, или:

б/ достижения заданного значения на траектории объекта величины , которое в «i»-том цикле равно:

справедливо, так как ∠EE₁x₀=∠EE₁N+∠NE₁x₀, значение ∠EE₁N равно 2q_i, значение ∠NE₁x₀ равно ;

5. После смены знака ω_o в точке Е траектории объект перемещают до момента «i+1» - факта визирования цели в точке F траектории, которым заканчивается «i»-тый цикл сближения и начинается новый «i+1»-вый цикл.

Дальнейший процесс самонаведения проводят аналогичным методом по пунктам 3, 4, 5 до сближения с целью на минимальное расстояние h, значение которого находится в пределах от 0 до значения:

На фиг. 1, 3, 4 показаны частные примеры сближения объекта и цели по закону (3) при k=1, когда V<V₁ на фиг. 1, V₁<V при k=1 на фиг. 3 и при k=0 на фиг. 4.

Управление объектом при аппаратной реализации предлагаемого способа осуществляется с помощью функциональной схемы, представленной на фиг. 5, на которой введены следующие обозначения:

4 - Объект с собственной системой стабилизации;

5 - Система управления объектом, осуществляющая самонаведение;

6 - Рулевой привод - реализует управляющее воздействие на объект;

7 - Преобразователь - осуществляет управление рулевым приводом по командам СВМ;

8 - Специализированная вычислительная машина СВМ - управляет процессом наведения по заложенным алгоритмам;

9 - Устройство обмена УО - переводит поступающую информацию на язык СВМ;

10 - Измеритель значения угловой скорости объекта ω;

11 - Командный прибор - реализует инерциальную систему координат, оси которой являются началом отсчета углов наклона траектории объекта. В качестве командного прибора могут быть применены гиро-, астро- или другие устройства;

12 - Локатор цели - фиксирует факт визирования цели, когда вектор скорости объекта направлен на цель;

13 - Цель.

После получения сигнала Δ о факте визирования цели 13, зафиксированного локатором 12, который воспринимается СВМ 8 после его преобразования УО 9, СВМ по записанной программе организует колебательно-поступательное движение объекта 4 путем выдачи команды через преобразовательное устройство 7 на рулевой привод 6, который, в свою очередь, выдает управляющее воздействие δ для разворота объекта 1 с заданной угловой скоростью ω₀ - зарегистрированную устройством 10. Одновременно, по сигналу Δ СВМ запоминает текущее значение , полученное от командного прибора 8, естественно, после преобразования УО.

По истечении времени T₁ или при достижении объектом значения угла СВМ организует обратный разворот объекта с угловой скоростью -ω₀, который заканчивается визированием цели (получением сигнал Δ от локатора). Тогда СВМ считывает через УО с командного прибора 8 значение текущего угла , производит сравнение его со значением в предыдущем цикле, получая значение (положительное или отрицательное), и с использованием этого значения и значения величины среднего угла упреждения предыдущего цикла формирует по закону управления новые текущие значения угла упреждения и времени T₁ или угла наклона траектории Θ₁.

Данный способ самонаведения может быть использован при сближении объектов в условиях космического пространства и в других случаях, например, в сочетании с методом погони или другими способами самонаведения.

Разъяснение чертежей, приведенных в описании.

Приведенные графические построения являются уменьшенными копиями чертежей, исполненных на миллиметровой бумаге A3. Промахи h определялись как минимальное расстояние между траекториями объекта и цели при разделении их в критической области на мелкие временные отрезки.

Фиг. 1

На чертеже приведен пример встречного сближения цели, которая перемещается со скоростью V₁, превышающей скорость объекта V, по траектории 1, и:

- самонаведения объекта по методу погони (траектория 2);

- самонаведения по данному методу (траектория 3, рассчитанная по алгоритму (3) при к=1).

Графически определялись промахи h: для траектории 2 - это «ав», для траектории 3 - это «св».

Фиг. 2

На чертеже обозначены параметры объекта и цели для рассмотрения угловых соотношений и формирования траектории сближения; после проведения анализа закон управления объектом выбран как тренд уменьшения значения на предварительных участках сближения.

Фиг. 3

На чертеже представлен произвольный пример сближении объекта и цели при самонаведении в соответствии с алгоритмом (3) при к=1.

Фиг. 4

На чертеже представлен произвольный пример сближении объекта и цели при самонаведении в соответствии с алгоритмом (3) при к=0.

Фиг. 5

На чертеже показана функциональная схема аппаратной реализации данного способа.

Способ сближения движущегося объекта при самонаведении по информации о факте визирования цели локатором, ось чувствительности которого совпадает с направлением вектора скорости объекта, отличающийся тем, что траекторию объекта формируют в виде циклически повторяющихся дугообразных отрезков, каждые два отрезка объединяют в цикл, который начинается и кончается фактом визирования цели, причем конечный момент визирования предыдущего цикла является начальным моментом текущего, а внутри каждого цикла дугообразное движение производят с максимально возможной, постоянной в цикле угловой скоростью, знак которой меняют по достижению значения величины среднего угла упреждения траектории объекта относительно линии визирования, вычисленного по закону управления для текущего цикла как произведение разности значения этого угла в предыдущем цикле и приращения, положительного или отрицательного, угла наклона траектории объекта в текущем цикле относительно предыдущего, умноженного на коэффициент, зависящий от условий сближения, и дроби, в числителе которой стоит разность значений среднего угла упреждения в предыдущем цикле и приращения, положительного или отрицательного, угла наклона траектории объекта в текущем цикле относительно предыдущего, а в знаменателе - сумма указанных величин.