ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ
 
 




ПОСТРОЕНИЕ ТАНКОВОЙ СУО НА БАЗЕ РЛС*

Д. П. Березанский, А. Л. Левинсон, А. Э. Нудольман. Е. А. Рачицкий

Вопросы оборонной техники. Серия ХХ. Выпуск 105. 1982 г .

 

* В работе приняли участие В. Г. Жотиков, Е.В. Марцинкевич, В. Б. Прохоров, А. Ф. Чубарь.

 

Создание всепогодной и круглосуточной СУО танка является актуальной задачей, решение которой позволит существенно повысить его боевую эффективность. Одним из реальных решений этой задачи является построение активного радиолокационно­го прицела, размещаемого в боевом отделении танка и обеспечивающего высокую точность определения угловых координат цели при антенных апертурах небольшого размера (до 50 см ) и приемлемых тактико-технических характеристиках (TTX) радиолокационной станции (РЛС).

Наиболее рациональный путь достижения этой цели - освоение миллиметрового диапазона волн и использование низковольтных твердотельных компонентов в передатчике РЛС, что позволяет довести угловую точность РЛС до уровня точности оптических систем прицеливания при небольших размерах антенны и при существенно  меньшем влиянии метеоусловий (вплоть до умеренного дождя) по сравнению с оптическим (например, с дальним инфракрасным) диапазоном, а размеры аппаратуры до приемлемых величин (использованием когерентного излучения, высокоэффектив­ных методов модуляции и обработки сигнала, цифровой техники и т. д.). Наряду с этим при когерентном излучении в миллиметровом диапазоне существенно уменьша­ется требуемый энергетический потенциал РЛС.

Выбор рабочего диапазона РЛС производится исходя из компромиссных решений с учетом окон прозрачности атмосферы, взаимосвязи размеров антенно-фидерных и других СВЧ устройств, размещаемых в танке, и требований по угловой точности РЛС; возможности реализации требуемой СВЧ мощности в передатчике PЛС, комплексирования РЛС с системами наведения ракетного вооружения танка.

Указанные технические решения стали возможны лишь в последние годы благодаря успехам в создании твердотельных генераторов миллиметрового диапазона, высокоинтегрированных компонентов вычислительной техники, устройств, использующих поверхностные акустичес кие волны и т. д.


Таким образом, можно сформулировать требования к основным характеристикам РЛС, входящей в состав современной СУО танка:

  • дальность обнаружения и автоматического сопровождения целей типа «танк» – до 5 км ;
  • точность автоматического сопровождения целей по угловым координатам – 0,2-0,5 мрад, по дальности – 5 м , по скорости – 0,5 м/с;
  • время обзора кадра, соизмеримого с полем зрения оптического прицела при максимальном увеличении, – 3-5 с;
  • размеры антенны не должны увеличивать контуров танка.

При разработке СУО танка, включающей РЛС, возникают следующие задачи, от ре­шения которых зависит структура проектируемой системы: выбор базовой системы координат, способа стабилизации линии визирования антенны РЛС, способа сопряжения РЛС с оптическим прицелом и приводами наводки, метода учета собственного движения танка. Рассмотрим каждую из них.

Базовая система координат, предназначенная для стабилизации в абсолютном пространстве кадра обзора при сканировании антенны и для построения на визуаотном индикаторе РЛС меток целей в системе координат, не зависящей от положения танка, должна удовлетворять следующим требованиям:

  • стабилизация по трем взаимноперпендикулярным осям должна обеспечивать среднеквадратичными ошибками, не превышающими в режиме сканирования (просмотра кадра обзора) 10% от угловой ширины диаграммы направленности антенн и в режиме автоматического сопровождения цели 0,1-0,15 мрад (по двум осям);
  • должна обеспечиваться достаточно простая связь оптического прицела и приводов наводки с системами координат антенны РЛС.

В качестве базовой естественно выбрать систему координат, задаваемую трехосным гиростабилизатором, связанным датчиками рассогласования с антенной РЛС, опти­ческим прицелом и приводами наводки. Однако применение такого гироскопического устройства, реализация которого является весьма сложной задачей, целесообразно лишь во вновь разрабатываемых системах. При создании СУО на базе РЛС для тан­ка, оснащенного серийной системой управления огнем, с целью сохранения основных функциональных связей последней базовую систему координат целесообразно реализовывать на основе гиростабилизатора оптического прицела, в котором для стабили­зации головного зеркала применяется двухосный силовой гиростабилизатор со среднеквадратичными ошибками стабилизации в вертикальной и горизонтальной плоскостях, не превышающими 0,15 мрад.


Используя информацию с такого гиростабилизато­ра, не стабилизированного в плоскости, перпендикулярной оси его кинетического мо­мента (плоскости крена), можно по углу крена осуществить путем пересчета в вычислительном устройстве стабилизацию в плоскости крена координат, необходимых для работы РЛС. В современных СУО для компенсации ошибок, связанных с разво­ротом башни вокруг оси крена абсолютной системы координат (ось крена параллель­на плоскости горизонта), применяют датчик крена башни, выполненный в виде гиро­вертикали. По углам места цели и углам разворота гиростабилизатора оптического прицела относительно башни в плоскости горизонта, а также по информации с датчика угла крена башни удается рассчитать угол крена гиростабилизатора.

Базовая система координат, построенная на основе двухосного гиростабилизатора прицела и датчиков, измеряющих три вышеназванных угла, будет иметь начало, сов­падающее с началом системы координат гиростабилиэатора, ось крена, совпадающую с осью кинетического момента гиростабилизатора линией визирования прицела); ось вращения в плоскости угла места, перпендикулярную оси крена и параллельную плоскости горизонта, и ось вращения в азимутальной плоскости, перпендикулярную двум другим осям.

Учитывая, что углы бокового упреждения при стрельбе по танковым целям не превышают нескольких градусов, углы места цели также незначительны (за исключени­ем стрельбы в гористой местности), информацией с датчиков, измеряющих эти углы, можно пренебречь. Расчеты показывают, что отсутствие учета углов бокового упреж­дения в 1° и углов места цели в 3° при отработке двухосными приводами антенны РЛС углов, задаваемых при сканировании по краям кадра обзора, приводят к мето­дическим ошибкам, составляющим 2-2,5' , при угле крена башни 10°.

Выбор базовой системы координат тесно связан с решением задач стабилизации ли­нии визирования антенны и сопряжения РЛС с приводами наводки, которые в свою очередь зависят от выбора конструкции антенны и ее размещения в танке. Тип и конструкция антенной системы существенно влияют на характеристики РЛС и СУО в целом. Поэтому она должна иметь оптимальные электрические характеристики (максимальный коэффициент усиления, равномерную диаграмму направленности, мини­мум потерь, наименьший уровень боковых и задних лепестков и т. д.) при обяза­тельном выполнении требований по точности и стабильности измерения угловых ко­ординат цели и по ее размещению в танке с учетом значительных механических возмущений, которым она подвергается во время работы.

Фазированные антенные решетки, несмотря на ряд достоинств, не могут быть реа­лизованы в настоящее время ввиду сложности, дороговизны и отсутствия доступных комплектующих СВЧ элементов. Наиболее подходящими в этом отношении являются зеркально-линзовые антенны, в частности, антенна Kacceгpена с плоским отражате­лем, двухзеркальная антенна и т. д. При их конструировании следует избегать вра­щающихся сочленений для передачи СВЧ энергии к облучателю (так как в миллиметровом диапазоне создание их представляет собой сложную техническую задачу), а использовать по возможности короткие и прямые фидерные линии, обладающие наименьшими потерями.

 

Рис. 1. Конструкция антенного бло¬ка: 
1 - параболический неподвижный отражатель; 2 - плоский под¬вижный отражатель; 
3 - рамка под¬веса подвижного отражателя с дви¬гателем и датчиками; 4 - облуча¬тель; 
5 - приемопередающий модуль; 6 – башня

Рис. 1. Конструкция антенного бло­ка:

1 - параболический неподвижный отражатель; 2 - плоский под­вижный отражатель;

3 - рамка под­веса подвижного отражателя с дви­гателем и датчиками; 4 - облуча­тель;

5 - приемопередающий модуль; 6 – башня


 

Антенна РЛС, размещаемая на танке, не должна выступать за его контуры; под­вижные элементы танка не должны затенять сканируемый сектор пространства. По­следнее требование, наряду с ограничениями по размерам, не позволяет разместить антенный блок на пушке, несмотря на очевидное достоинство такой компоновки  (обеспечение двухосной стабилизации с точностью стабилизации пушки). Наиболее приемлемое место размещения антенного блока - передняя часть башни танка.

На этом месте при достаточной величине кадра обзора обеспечивается стабилизация линии визирования антенны РЛС в плоскости вращения башни с точностями стаби­лизации последней. Исходя из ограничений на размеры антенного блока, целесооб­разно объединение в одном приводе антенны функций стабилизации и наводки, что наиболее просто реализуется, например, в конструкции антенны Кассегрена с под­вижным отражателем (рис. 11). Малые габариты может иметь также антенна с приводами, управляющими положени­ями подвижного отражателя в азимутальной и угломестной плоскостях. Креновые возмущения, действующие на антенну и оказываю­щие влияние на работу РЛС в ре­жиме сканирования, можно париро­вать путем пересчета управляющих сигналов с учетом угла крена.

 

Рис. 2. Функциональная схема СУО танка с трехосным гиростабилизатором: 
1 - приво¬да антенны; 2 - датчики антенны; 3 - дат¬чики оружия; 4 - привода оружия; 5 - ору¬жие; 6 - антенна; 7 - 3-осный гиростабили¬затор прицела; 8 - датчик головного зерка¬ла прицела; 9 - привода головного зеркала прицела; 10 - визуальный индикатор; 11 - радиотракт РЛС; 12 - вычислительное уст¬ройство; 13 - пульт ручного управления;
14 - головное зеркало прицела; 15 - вычи¬слитель упрежденных координат; 16 - лазер¬ный дальномер; 17 - управляемое вооруже¬ние

Рис. 2. Функциональная схема СУО танка с трехосным гиростабилизатором:

1 - приво­да антенны; 2 - датчики антенны; 3 - дат­чики оружия; 4 - привода оружия; 5 - ору­жие; 6 - антенна; 7 - 3-осный гиростабили­затор прицела; 8 - датчик головного зерка­ла прицела; 9 - привода головного зеркала прицела; 10 - визуальный индикатор; 11 - радиотракт РЛС; 12 - вычислительное уст­ройство; 13 - пульт ручного управления;

14 - головное зеркало прицела; 15 - вычи­слитель упрежденных координат; 16 - лазер­ный дальномер; 17 - управляемое вооруже­ние

 

Важное значение при разработке СУО придается сопряжению РЛС с оптическим прицелом и приводами наводки. В РЛС первичная информация о рассогласовании между осью диаграммы направленности антенны (линией визирования и направлением на цель формируется в системе координат, связанной с антенной. Для отсле­живания положения цели оптическим прицелом и приводами наводки необходим пе­ресчет сигналов рассогласования в соответствующие системы координат.

В случае использования для построения базовой системы координат трехосного гиростабилизатора (рис. 2) Стабилизация линий визирования антенны и оптического прицела, а также стабилизация пушки осуществляется соответствующими двухплоскостными приводами, совмещающими функции стабилизации и наводки.

 

 

В режиме сканирования управляющие сигналы, формируемые в базовой системе ко­ординат, пересчитываются вычислительным устройством, учитывающим угол крена антенны (башни), и поступают на вход приводов антенны, осуществляющих стабили­зированное сканирование в двух плоскостях. Сигналы с датчиков положения антенны пересчитываются в базовую систему координат и по ним, а также по информации с РЛС на визуальном индикаторе в картинной плоскости (дальность – азимут) формируются метки целей, в режиме автоматического сопровождения цели по сигналу рассогласования между направлением на цель и линией визирования антенны (сиг­нал ошибки) формируемому в радиотракте РЛС, осуществляется замыкание контура слежения антенны за целью, а по сигналу положения цели в базовой системе ко­ординат, - наводка линии визирования оптического прицела и пушки.

В РЛС определяются дальность по цели D, скорость сближения с целью   и угловая скорость цели ωц относительно танка с РЛС, по которым в вычислителе уп­режденных координат, с учетом угла крена башни, рассчитываются углы упреждения и прицеливания для пушки. При неработающей РЛС привода наводки оптическо­го прицела и пушки управляются наводчиком с пульта ручного управления, информа­ция о дальности до цели и ее скорости поступает в вычислитель упрежденных ко­ординат соответственно с лазерного даль номера и привода наводки оптического при­цела, и при комплексировании с СУО танка комплекса управляемого вооружения с лучевой или командной линией управления координатор или излучатель комплекса сопрягаются с головным зеркалом оптического прицела.

 

Функциональная схема СУО танка с двухосным гиростабилизатором

Рис. 3. Функциональная схема СУО танка с двухосным гиростабилизатором:

1-6 - см. обозначения на рис. 2; 7 - радиотракт РЛС; 8- 2-осный гиростабилизатор прицела; 9 - головное зеркало прицела; 10 - управляемое воо­ружение; 11 - визуальный индикатор; 12 - вычислительное устройство; 13 - пульт ручного управления; 14 - вычислитель упрежденных координат; 15 - лазерный дальномер; 16 - датчик крена

 

В случае использования для построения базовой системы координат двухосного гиростабилизатора оптического прицела и датчика крена башни (рис. 3), в отличие от предыдущего случая см. рис. 2, в СУО со­храняются все функциональные связи между гиростабилизированным прицелом, приводами наводки пушки и вычислителем упрежденных координат, имеющиеся в современных серийных танках [1].

В режиме стабилизированного сканирования связь между приводами наводки и ста­билизации линии визирования антенны, остальными элементами РЛС и гиростабилизатором прицела аналогична связям в схеме СУО с трехосным гиростабилизатором. В режиме автоматического сопровождения цели по сигналу ошибки, поступающему с радиотракта РЛС, контур слежения антенной за целью замыкается через канал управления гиростабилизатора оптического прицела, чем обеспечивается наводка ли­нии визирования последнего на цель, а пушки - в упрежденные координаты.

Формирование сигналов D, , ωц сопряжение с управляемым вооружением и уп­равление системой при неработающей РЛС осуществляется аналогично тому, как это реализуется в схеме СУО с трехосным гиростабилизатором.

Для реализации схемы СУО с двухосным гиростабилизатором (см. рис. 3) требуется размещение в гироузле прицела датчика рассогласования между гиростабилиза­тором и подвижным элементом антенны в угломестной плоскости (например, датчика дистанционной передачи угла поворота.

Учет в РЛС собственного движения танка рассмотрен в работе [2].

 

Вывод

Создание всепогодной и круглосуточной системы управления огнем танка возможно как для вновь разрабатываемых, так и для модернизируемых танков на базе РЛС миллиметрового диапазона.


 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Учебное пособие. Автоматизированный комплекс управления вооружением ракет­но-пушечного танка. — М.: Издание ВАБТВ им. Р. Я. Малиновского, 1980, 172с.
  2. Левинсон А. Л., Березанский Д. П., T у р ч а - нов Ю. П. Учет собственного движения танка в танковой РЛС. - Вопросы оборонной техники. Сер. XX. Бронетанковая техника, 1982, вып. 105.

Материалы по теме СУО:

Унифицированная система управления огнем

УНИФИЦИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОГНЕМ БРОНЕТАНКОВОЙ ТЕХНИКИ (БМД-4М, КБП Тула)

ИСПЫТАНИЯ ЗАПАДНОГЕРМАНСКОГО ДНЕВНОГО КОМАНДИРСКОГО ПАНОРАМИЧЕСКОГО ПРИБОРА-ПРИЦЕЛА

 

Панорамный прицел со стабилизированным полем зрения MVS-580 является последним прибавлением в семействе прицелов VS-580 фирмы Sfim

Танковые прицелы стран НАТО

Дневной/ночной прицел наводчика SAVAN-20 фирмы SAGEM

Прицелы HL-60 SAVAN-20 танка "Леклерк" и пр.

 

 






 



ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ