Текст книги "Устройство и эксплуатация боевых средств переносных зенитных ракетных комплексов “Игла” и “Игла–1” "

Автор книги: Автор Неизвестен

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 16 страниц)

Для обеспечения работы СКЦ в оптическую ГСН входят также ряд автономных систем:

разгона ротора гироскопа;

стабилизации оборотов ротора гироскопа;

электрического арретирования ротора гироскопа;

охлаждения приемника лучистой энергии (ПЛЭ).

2.3.1. Принципы построения координатора цели

Координатор цели является измерительным устройством СКЦ, предназначенным для преобразования теплового излучения от цели в электрический сигнал, несущий информацию о величине и направлении угла рассогласования  (см. рис. 2.2) между линией визирования и оптической осью координатора.

В состав типового координатора цели входят: оптическая система; анализатор изображения; приемник лучистой энергии (ПЛЭ) и трехстепенной гироскоп.

Оптическая система является зеркально-линзовой (рис. 2.7) и предназначена для приема лучистой энергии от цели и фокусирования ее в пятно небольших размеров (порядка 0,03 мм). К основным показателям качества оптических систем можно отнести [5, 7, 9]:

коэффициент полезного действия оптической системы, определяющий потери энергии излучения в этой системе:

коэффициент оптического усиления, характеризующий энергетическую эффективность оптической системы;

оптическую передаточную функцию;

разрешающую способность и др.

Принцип действия оптической системы заключается в следующем. Поток лучистой энергии от цели и фона проходит через обтекатель 1 и поступает на главное зеркало 6. Для обеспечения малых потерь обтекатель должен обладать высокими теплопроводностью и теплоемкостью и малой излучательной способностью, чтобы при аэродинамическом обтекании его нагрев был минимальным и равномерным, а теплоотдача во внешнюю среду и корпус ракеты была максимальна. В противном случае он будет нагреваться до высокой температуры и его собственное излучение в направлении ПЛЭ создаст существенные помехи.

Рис. 2.7. Оптическая система координатора цели:

1 – обтекатель; 2 – бленда; 3 – вторичное зеркало; 4 – корректирующая линза; 5 – анализатор изображения; 6 – главное зеркало; 7 – приемник лучистой энергии; 8 – иммерсионная линза; 9 – интерференционный (светоделительный) фильтр

Главное зеркало 6 представляет собой сферическую поверхность, фокусирующую отраженную лучистую энергию на вторичное зеркало 3. После вторичного отражения лучи попадают на корректирующую линзу 4, где происходит исправление искажений лучистого потока энергии и его фокусировка в плоскости анализатора изображения 5. Далее промодулированный поток лучистой энергии через иммерсионную линзу 8 поступает на ПЛЭ 7. Иммерсионная линза обеспечивает равномерную засветку ПЛЭ для исключения влияния на его выходной сигнал неравномерной чувствительности фотослоя.

Все элементы оптической системы, кроме обтекателя, закреплены на роторе гироскопа и вращаются вместе с ним.

В двухцветных ОГСН (9Э47, 9Э410) в состав оптической системы, кроме перечисленных выше элементов, входит и интерференционный фильтр 9, обеспечивающий разделение потока излучения по длине волны излучения. При этом коротковолновое излучение отражается от фильтра, а длинноволновое им пропускается.

Анализатор изображения (называемый также модулирующим диском или растром) предназначен для извлечения из потока излучения в виде изображения наблюдаемого объекта информации о параметрах или свойствах этого объекта [5]. Обычно анализ изображения осуществляется путем непрерывной или дискретной выборки значений потока излучения в отдельных точках (участках) плоскости изображения (фокальной плоскости оптической системы). Такая пространственная выборка чаще всего реализуется путем последовательного во времени анализа (просмотра) плоскости изображения за счет взаимного перемещения анализатора и изображения потока излучения.

Прием полезного сигнала и измерение его параметров в оптических ГСН (ОГСН) нельзя или трудно вести, если не принять специальных мер, обеспечивающих отделение (фильтрацию) сигнала от помех и предварительное выделение достаточно характерных признаков полезного сигнала в общем потоке излучения. К числу таких мер относятся модуляция и демодуляция. В ОГСН функции анализатора выполняются элементом, который одновременно осуществляет и модуляцию потока излучения. Как правило, такими элементами являются модулирующие растры (диски).

Модуляцией принято называть изменение одного или нескольких параметров сигнала – носителя информации. Модуляция потока служит обычно для решения двух основных задач [5]:

для изменения параметров сигнала в соответствии какими-либо свойствами или параметрами наблюдаемого объекта, например, его углового положения относительно оптической оси СКЦ;

для выделения полезного сигнала на фоне помех и шумов, т.е. для решения задачи пространственной фильтрации.

Пространственная фильтрация заключается в выделении полезного сигнала на фоне помех за счет различия в их пространственно-частотных спектрах или, что фактически одно и то же, за счет различия в их пространственной структуре, например, в угловых размерах (точечного излучателя на фоне крупноразмерного). Решение этой задачи осуществляется путем "переноса" спектра сигнала в ту область частот, где меньше влияние внутренних и внешних помех.

Демодуляцией (детектированием) называется нелинейная операция выделения полезной (низкочастотной) информации, заключающаяся в "возвращении" спектра сигнала в низкочастотную область, т.е. в восстановлении модулирующего сигнала. Операция детектирования обычно реализуется в электронном тракте СКЦ.

Конструктивно АИ представляет собой плоскопараллельную пластинку с рисунком, образующим прозрачные и непрозрачные для лучистого потока участками.

В ОГСН существующих ЗРК БД широкое применение нашли следующие виды модуляции лучистого потока [4, 9, 10, 11, 12]:

амплитудно-фазовая (АФМ) – в ОГСН 9Э41, 9Э47;

широтно-импульсная (ШИМ) – в ОГСН 9Э46;

частотная (ЧМ) – в ОГСН 9Э45, 9Э47, 9Э418;

времяимпульсная (ВИМ) – в 9Э410.

Рассмотрим сущность этих видов модуляции более подробно.

Анализатор изображения с АФМ представляет собой модулирующий растр (рис. 2.8), разделенный на две половины, одна из которых имеет коэффициент пропускания равный 0,5, а вторая половина выполнена в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных секторов (9 пар). Растр расположен в фокальной плоскости изображения цели и вращается вместе с элементами оптической системы, закрепленными на роторе-магните гироскопа. Размеры изображения цели в плоскости растра соизмеримы с поперечным линейным размером прозрачных секторов на радиусе растра.

Если направление на цель совпадает с оптической осью СКЦ, то изображение цели фокусируется в центре растра, и модуляции потока не производится, так как центр растра представляет собой "мертвую" зону.

При появлении углового рассогласования (  0) изображение цели смещается относительно центра растра и секторная часть растра осуществляет амплитудную модуляцию лучистого потока. При этом глубина модуляции пропорциональна положению изображения цели относительно центра растра (рис. 2.8, в, г), так как количество энергии излучения, прошедшее через модулирующий растр на ПЛЭ, равно площади пятна, приходящегося на прозрачные секторы растра. Как следует из рис. 2.8, глубина модуляции пропорциональна углу рассогласования , а фаза пачки модулированного потока () определяет направление рассогласования. Модулированный поток за растром представляет собой пачки световых импульсов с частотой вращения ротора гироскопа _г. Частота заполнения пачек зависит от числа пар прозрачных и непрозрачных секторов и скорости вращения ротора гироскопа.

Полупрозрачная часть растра выполнена в виде прозрачных и непрозрачных концентрических полос, ширина которых не превышает половины радиуса изображения цели, т.е. полупрозрачная часть растра модуляции потока не производит.

Рис. 2.8. Амплитудно-фазовая модуляция лучистого потока:

а – двухчастотный модулирующий растр; б, в, г – пачки импульсов лучистого потока от изображений цели Ц1, Ц2, Ц3 за один оборот растра

Так как растр в целом является полупрозрачным, то модуляции фона, облучающего всю площадь растра, не производится.

Таким образом, при АФМ потока излучения двухчастотным модулирующим растром информация о величине угла рассогласования заложена в амплитуде несущей частоты (в глубине модуляции), а информация о направлении угла рассогласования – в фазовом сдвиге пачки импульсов.

Анализатор изображения с ШИМ. Вращающийся вместе с ротором гироскопа двухчастотный модулирующий растр, осуществляющий широтно-импульсную модуляцию потока излучения, представлен на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Широтно-импульсная модуляция лучистого потока:

а – двухчастотный модулирующий растр; б, в, г – пачки импульсов от изображения цели Ц1, Ц2, Ц3 за один оборот растра

Центр рисунка растра представляет собой «мертвую» зону, так как при попадании в него изображения цели модуляция не происходит. Криволинейные прозрачные и непрозрачные радиальные полосы имеют примерно одинаковую ширину, равную диаметру изображения цели. Ширина концентрических полос равна примерно половине диаметра изображения цели.

На основании анализа рис. 2.9 можно сделать следующие выводы:

глубина амплитудной модуляции не зависит от величины угла рассогласования;

информация о величине угла рассогласования заложена в длительности промежутка между пачками импульсов несущей частоты;

информация о направлении угла рассогласования заложена в фазовом сдвиге пачки импульсов;

близкая к линейной модуляционная характеристика (зависимость между угловым рассогласованием и длительностью промежутка между пачками) обеспечивается с помощью полуокружностей, отделяющих полупрозрачную часть растра от секторной.

Анализатор изображения с ЧМ. При частотной модуляции потока излучения цели информация о величине и направлении угла рассогласования между оптической осью СКЦ и линией визирования цели заложена в частоте следования импульсов.

Рассмотрим частотную модуляцию потока энергии на примере секторного модулирующего растра (рис. 2.10). Обычно, в отличие от вращающихся растров при АФМ и ШИМ, секторный модулирующий растр при ЧМ не вращается вместе с ротором гироскопа, а лишь имеет возможность "прокачиваться" в кардановом подвесе на углы пеленга. Для обеспечения ЧМ с помощью неподвижного секторного растра изображение цели сканирует по секторам растра на частоте вращения гироскопа. Сканирование изображения цели осуществляется с помощью наклона главного зеркала (или контрзеркала) оптической системы на небольшой угол по отношению к продольной оси КЦ.

Если оптическая ось КЦ совпадает с линией визирования цели ( = 0), то изображение цели (пятно Ц1) сканирует по окружности, центр которой совпадает с центром модулирующего растра. При этом частота следования импульсов энергии будет постоянной (рис. 2.10, б), поскольку изображение цели, перемещаясь по окружности с постоянной скоростью, пересекает прозрачные и непрозрачные секторы растра за одинаковые промежутки времени.

Если оптическая ось КЦ не совпадает с линией визирования цели, то центр окружности сканирования изображения цели будет смещен относительно центра растра. При постоянной скорости сканирования по окружности изображение цели будет пересекать секторы растра на различных его участках за различные промежутки времени. На рис. 2.10, в, г показаны зависимости изменения потоков энергии после модулирующего растра от изображения целей Ц2 и Ц3, траектории движения которых показаны на рис. 2.10, а.

Рис. 2.10. Частотная модуляция лучистого потока:

а – секторный модулирующий растр; б, в, г – модулированные лучистые потоки за один период сканирования изображений целей Ц1, Ц2, Ц3

Основными достоинствами АИ с ЧМ перед АИ с АФМ являются:

отсутствие "мертвой" зоны при  = 0, т.е. зоны нечувствительности;

более высокая помехоустойчивость ЧМ (как вида модуляции) по сравнению с АФМ;

значительно проще реализовать автоматическую регулировку усиления в более широком динамическом диапазоне мощности потока излучения, так как полезная информация при ЧМ заложена не в амплитуде сигнала, а в его частоте.

Анализатор изображения с ВИМ. Принцип действия такого анализатора основан на изменении временного интервала между двумя импульсами или длительности импульса при изменении ошибки рассогласования. АИ с ВИМ могут быть построены как по схеме с подвижным растром, так и по схеме с подвижным изображением.

Довольно распространенным типом вращающегося растрового анализатора, определяющего координаты изображения в полярной системе координат (, ), является диск, профиль которого – спираль Архимеда, либо непрозрачный диск с прорезью-щелью, выполненной по этой спирали или по эвольвенте.

Например, если граница между прозрачной и непрозрачной частями растра (рис. 2.11) имеет вид спирали Архимеда, в соответствии с уравнением которой  = k, где k – коэффициент пропорциональности, а  – радиус-вектор, то длительность  импульсов потока на выходе АИ будет зависеть от радиуса-вектора изображения, т.е. при постоянной угловой скорости  диска  = /. При  =  на радиусе R, соответствующем предельному размеру анализируемого поля, k =  :R и =:(R), т.е. статическая характеристика АИ является линейной. Однако такая форма рисунка растра не обеспечивает пространственную селекцию точечных излучателей на фоне крупноразмерных.

Рис. 2.11. Растр для времяимпульсной модуляции лучистого потока с прямой зависимостью длительности импульса от ошибки рассогласования

Если в рисунке растра, представленного на рис. 2.11, поменять местами прозрачную и непрозрачную части и затем сузить прозрачную часть растра до  = 0 на радиусе R, то получим растр, изображенный на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Времяимпульсная модуляция лучистого потока с обратной зависимостью длительности импульса от ошибки рассогласования

В этом случае длительность импульсов потока на выходе АИ будет равна  = T(1-:R):2, где T=2 : – период вращения растра. Приняв  = k_опт, где k_опт – постоянный коэффициент, характеризующий величину поля зрения оптической системы, получим зависимость длительности импульсов потока на выходе АИ от ошибки рассогласования в виде

 = T(1-k/R)/2. (2.7)

Согласно этой зависимости, чем больше ошибка рассогласования, тем меньше длительность импульса и наоборот (рис. 2.12, а – г). Отсюда можно сделать вывод, что при воздействии на такой АИ крупноразмерного фонового образования длительность импульса потока на выходе АИ будет достаточно большой и соответствовать малой ошибке рассогласования. Таким образом, такой АИ обеспечивает не только обратную линейную зависимость длительности импульсов от ошибки рассогласования, но и приемлемую пространственную селекцию точечных излучателей на фоне крупноразмерных.

Во всех случаях, когда модуляция потока излучения производится путем периодического перекрытия потока излучения или другим путем изменения прозрачности модулятора, всегда имеют место потери мощности оптического сигнала. Если при модуляции прерыванием по закону Ф(t) теряется часть энергии, то эти потери можно оценить с помощью коэффициента k₁ [5]:

Числитель этого выражения определяет среднее квадратическое (эффективное) значение потока. В зависимости от способа обработки сигнала, пропорционального k₁Ф₀, в электронной схеме используется та или иная его доля, которую можно обозначить k₂. Коэффициент k₂ учитывает, например, тот факт, что в последующих за ПЛЭ звеньях происходит изменение спектра этого сигнала с использованием лишь его части. Произведение k_м = k₁k₂ является коэффициентом, учитывающим потери при модуляции, поскольку k_м определяет долю полезной мощности, используемой в приборе, по отношению к мощности немодулированного сигнала. В работе [5] приведены следующие значения коэффициента k_м для последовательностей:

синусоидальных импульсов, промодулированных прямоугольной функ-цией, – 0,16;

прямоугольных импульсов, промодулированных синусоидальной функ-цией, – 0,16;

прямоугольных импульсов, промодулированных прямоугольной функ-цией, – 0,20;

частотно-модулированных прямоугольных импульсов – 0,37 при индексе модуляции b = / = 1,8.

Приемник лучистой энергии (ПЛЭ) предназначен для преобразования модулированного лучистого потока в модулированный электрический сигнал. Помимо преобразования одного вида энергии в другой некоторые ПЛЭ выполняют и другие функции: преобразуют закон распределения освещенности (об-лучения) в соответствующий электрический сигнал, служат для анализа закона распределения освещенности в изображении, определения координат изображений и их отдельных зон, фильтрации полезного сигнала на фоне помех и т.д. Типичным примером специального ПЛЭ являются электровакуумные передающие телевизионные трубки.

ПЛЭ разделяются на два основных класса – фотоэлектрический (фотонный) и тепловой [5].

Принцип действия фотоэлектрических ПЛЭ основан на внешнем (фотоэлементы, фотоэлектронные умножители) или внутреннем (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и др.) фотоэффекте. Все фотоэлектрические ПЛЭ являются селективными, т.е. их чувствительность зависит от длины волны (частоты) падающего на них излучения.

В тепловых ПЛЭ энергия излучения сначала преобразуется в тепловую, а лишь затем происходит изменение свойств ПЛЭ: возникает термоЭДС (термоэлементы), изменяется проводимость (болометры) или диэлектрическая постоянная (пироэлектрические ПЛЭ). Тепловые приемники неселективные.

ПЛЭ характеризуются рядом параметров: чувствительностью, пороговыми и шумовыми, инерционностью, сопротивлением, геометрическими, электрическими и другими параметрами [5].

Чувствительность. В общем случае чувствительность ПЛЭ – это отношение изменения электрической величины на выходе ПЛЭ, вызванного падающим на него излучением, к количественной характеристике этого излучения в заданных эксплуатационных условиях. Наиболее важной характеристикой чувствительности является спектральная чувствительность, которая характеризует зависимость чувствительности от длины волны падающего на ПЛЭ монохроматического потока излучения. Спектральные характеристики некоторых ПЛЭ представлены на рис. 2.13.

К другим характеристикам чувствительности ПЛЭ можно отнести:

токовую чувствительность s_i для фоторезисторов или вольтовую s_v для фотодиодов;

статическую чувствительность, определяемую отношением постоянных значений измеряемых на выходе и на входе ПЛЭ величин, и динамическую – отношением малых приращений этих величин.

Пороговые и шумовые параметры. Помимо полезного регулярного сигнала на выходе ПЛЭ всегда имеется хаотический сигнал со случайными амплитудой и частотой – шум ПЛЭ, который не позволяет регистрировать сколь угодно малые сигналы из-за их незаметности на фоне шума.

Рис. 2.13. Спектральные характеристики некоторых ПЛЭ:

1 – сернистокадмиевый фоторезистор (CdS); 2 – кремниевый фотодиод; 3 – охлаждаемый фоторезистор GeAu₇₈; 4 – германиевый фотодиод; 5 – фоторезистор PbS; 6 – охлаждаемый оторезистор PbS₇₈; 7 – охлаждаемый фоторезистор InSb₇₈

Основными видами шумов являются следующие:

Тепловой шум – это такой шум, который вызывается хаотическим тепловым движением электронов. Дисперсия его в полосе частот f определяется по формуле

= 4kRf, (2.9)

где k = 1,38  10^-23 ДжК^-1 – постоянная Больцмана;

 – температура ПЛЭ, K;

R – сопротивление ПЛЭ, Ом.

Дробовой шум, определяемый тем, что электрический ток, являясь потоком дискретных частиц, зависит от их числа. Эти частицы флуктуируют во времени. Протекая по нагрузке R_н, этот флуктуирующий ток создает напряжение, дисперсия которого определяется выражением

(2.10)

где е – заряд электрона;

I₀– среднее значение силы тока;

f – полоса частот.

Токовый шум, дисперсия которого имеет вид

(2.11)

где A_Т – численная постоянная, характеризующая тип ПЛЭ;

1/f – избыточный шум.

При этом спектры теплового и дробового шумов являются равномерными, а спектр токового шума подчиняется зависимости 1/f.

Радиационный (фотонный) шум, определяемый флуктуациями сигналов, попадающих на чувствительный слой ПЛЭ, как от внешних излучателей, так и от элементов самого ПЛЭ. Флуктуация, определяющая дисперсию радиационного шума, определяется выражением

(2.12)

где _Т – коэффициент теплового излучения (поглощения) чувствительного слоя ПЛЭ;

 = 5,6710^-8 Втм^-2К^-4 – постоянная закона Стефана-Больцмана;

S – площадь чувствительного слоя ПЛЭ;

_ф, _плэ – температура фона и ПЛЭ соответственно.

При этом спектр этого шума равномерный (белый). Он определяет предел чувствительности ПЛЭ.

Пороговыми параметрами ПЛЭ являются следующие:

Порог чувствительности Ф_п в заданной полосе частот, который определяется как среднее квадратическое значение (СКЗ) первой гармоники модулированного потока излучения с заданным спектральным распределением, действующего на ПЛЭ. При этом СКЗ напряжения (тока) сигнала равно СКЗ напряжения (тока) шума в заданной полосе частот на частоте модуляции потока. На практике Ф_п часто определяют, измеряя уровень шумов в схеме включения ПЛЭ и выходной сигнал V, заметно превышающий и соответствующий потоку Ф, т.е.

. (2.13)

Порог чувствительности Ф_п1 в единичной полосе частот, определяемый как отношение величины Ф_п к полосе частот:

. (2.14)

Обнаружительная способность D – величина, обратная Ф_п1:

(2.15)

Удельная обнаружительная способность D* определяется выражением (с учетом конструкции ПЛЭ):

. (2.16)

Инерционность. Эта характеристика ПЛЭ оценивается его постоянной времени , в качестве которой принимают время нарастания или спада сигнала. Время нарастания (_0,1...0,9) – интервал времени между точками переходной характеристики ПЛЭ, за который сигнал на выходе ПЛЭ изменяется при внезапном облучении от 0,1 до 0,9 своего установившегося значения при длительном облучении. Время спада (_0,9...0,1) – интервал времени уменьшения сигнала после прекращения облучения ПЛЭ от 0,9 до 0,1 его установившегося значения.

Постоянная времени  определяет граничную частоту ПЛЭ f_гр – частоту синусоидально модулированного потока излучения, падающего на ПЛЭ, при которой его чувствительность снижается до значения 0,707 чувствительности при немодулированном излучении.

Сопротивление. Этот параметр особенно важен при выборе или расчете цепи включения ПЛЭ. Для различных ПЛЭ используются разные параметры, с помощью которых можно оценить сопротивление чувствительного элемента. Например, для фоторезисторов в качестве параметра рассматривается темновое сопротивление R_Т – сопротивление ПЛЭ в случае отсутствия его облучения. Для фотодиодов обычно приводят значение дифференциального сопротивления R_д, которое равно отношению малых приращений напряжения сигнала к фототоку при заданных эксплуатационных условиях, например при заданной облученности ПЛЭ.

Геометрические, электрические и другие параметры. Для оценки конструктивных особенностей ПЛЭ при их работе в составе оптико-электронных систем необходимо знать такие их параметры, как площадь и конфигурация чувствительного слоя, оптические свойства (коэффициенты поглощения, преломления и отражения), емкость, напряжение питания, температура чувствительного слоя и ряд других параметров, описывающих его свойства.

Исходя из особенностей использования ПЛЭ в ОГСН, наиболее важными характеристиками ПЛЭ можно считать их спектральные характеристики, учитывающие спектральный диапазон излучения целей на встречных и догонных курсах, и их удельную обнаружительную способность. В связи с тем, что геометрические размеры ПЛЭ в большинстве случаев соизмеримы с размерами модулирующего растра, а изображение цели после модулятора на один-два порядка меньше размеров ПЛЭ, то для исключения неравномерной чувствительности ПЛЭ по площади перед чувствительным слоем ПЛЭ устанавливается иммерсионная линза, которая обеспечивает равномерное облучение всей площади чувствительного слоя.

Трехстепенной гироскоп. Свободный гироскоп является объектом управления СКЦ (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Гироскоп с элементами оптической системы:

1, 2, 7 – балансировочные винты; 3 – бленда; 4 – ротор; 5 – зеркало-магнит; 6 – втулка кардана; 8, 10 – чувствительные подшипники; 11 – балансировочное кольцо; 12 – кольцо кардана; 13 – ПЛЭ; 14 – линза конденсора; 15 – скоростной подшипник

Он обладает рядом свойств. Первое свойство заключается в том, что ось собственного вращения ротора гироскопа стремится сохранить неизменным свое направление в пространстве при отсутствии возмущающих факторов (воздействий). Это свойство позволяет исключить колебания (наклоны, повороты) корпуса ракеты на положение оптической оси СКЦ, т.е. поле зрения оптической системы остается стабилизированным в пространстве. Второе свойство свободного гироскопа – прецессия. Сущность прецессии заключается в том, что при приложении к ротору гироскопа внешнего момента ось собственного вращения ротора прецессирует в направлении кратчайшего совмещения векторов внешнего момента и угловой скорости вращения ротора гироскопа.

2.3.2. Принципы построения электронного блока СКЦ

Электронный блок СКЦ предназначен для преобразования модулированного сигнала с ПЛЭ и выработки электрического управляющего сигнала, несущего информацию о величине и направлении ошибки рассогласования. Состав и принцип действия элементов электронного блока СКЦ определяется видом модуляции лучистого потока и устройством анализатора изображения. Обобщенная структурная схема электронного блока СКЦ представлена на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Обобщенная структурная схема электронного блока СКЦ

В состав обобщенной схемы электронного блока СКЦ входят:

предусилитель, обеспечивающий предварительное усиление сигналов с ПЛЭ с регулируемым схемой АРУ коэффициентом усиления и согласование выходного сопротивления ПЛЭ с входным сопротивлением усилителя несущей частоты;

усилитель несущей частоты, обеспечивающий основное усиление сигнала на несущей частоте f_н и формирование требуемой полосы пропускания f (обычно f = f_н + f_г, где f_г – частота вращения растра и ротора гироскопа);

схема АРУ, обеспечивающая автоматическую регулировку усиления в широком динамическом диапазоне изменения входных сигналов;

детектор, обеспечивающий выделение сигнала ошибки слежения СКЦ на частоте вращения ротора гироскопа;

усилитель огибающей, предназначенный для выделения сигнала на частоте вращения ротора гироскопа, усиления этого сигнала по напряжению и формирования полосы пропускания f_г  20...30 Гц;

усилитель коррекции, предназначенный для усиления сигнала огибающей до мощности, необходимой для осуществления коррекции гироскопа, и выдачи сигнала в автопилот. Нагрузкой усилителя коррекции служат катушка коррекции и последовательно соединенные с ними активные сопротивления, сигналы с которых поступают в автопилот и цепь отрицательной обратной связи усилителя коррекции.

При АФМ и ШИМ в качестве детектора используется амплитудный детектор с фильтром, выполняющий задачу преобразования пачек импульсов (см. рис. 2.8, 2.9) в синусоидальный сигнал на управляющей частоте (частоте вращения ротора гироскопа). Сущность преобразования иллюстрируется рис. 2.16 и 2.17.

Рис. 2.16. Формирование управляющего сигнала при АФМ потока

На рис. 2.16 изображены пачки импульсов напряжения, поступающего от ПЛЭ на электронный блок при АФМ, для случаев, рассмотренных на рис. 2.8. Амплитудный детектор выделяет огибающую пачек, представляющих собой пульсации прямоугольной формы. Амплитуда пульсаций пропорциональна амплитуде колебаний несущей частоты. В результате фильтрации прямоугольных пульсаций в электронном блоке выделяется первая гармоника (косинусоида) огибающей пачек. Амплитуда косинусоиды пропорциональна величине угла рассогласования между оптической осью и линией визирования. Фаза косинусоиды отображает направление рассогласования.

При ШИМ лучистого потока преобразование пачек импульсов (см. рис.2.9) осуществляется также с помощью амплитудного детектора и фильтра, выделяющего первую гармонику на управляющей частоте. С амплитудного детектора снимаются пульсации прямоугольной формы (рис. 2.17).

Так как амплитуда колебаний в пачке постоянна, то и амплитуда пульсаций тоже постоянна. Амплитуда первой гармоники огибающей пачек импульсов зависит от длительности пачек импульсов, и, следовательно, пропорциональна величине ошибки между оптической осью КЦ и линией визирования.

Рис. 2.17. Формирование управляющего сигнала при ШИМ потока

При частотной модуляции потока энергии в состав электронного блока вместо амплитудного детектора включается частотный детектор. Сущность формирования управляющего синусоидального сигнала на управляющей частоте показана на рис. 2.10.

При ВИМ информация о рассогласовании заложена в длительности импульса – чем больше ошибка рассогласования, тем меньше длительность импульса. Из анализа спектра последовательности импульсов следует, что чем меньше длительность импульса, тем больше амплитуда первой гармоники (как и при ШИМ). Таким образом, применив амплитудный детектор с фильтром, можно получить пропорциональную зависимость между ошибкой рассогласования и амплитудой первой гармоники импульсов при ВИМ (рис. 2.18).

При этом информация о плоскости рассогласования заложена в фазовом сдвиге первой гармоники (_ц3).

Таким образом, независимо от вида модуляции лучистого потока электронный блок формирует управляющее синусоидальное напряжение на частоте вращения ротора гироскопа, амплитуда которого пропорциональна величине угла рассогласования, а фаза несет информацию о направлении рассогласования.

Рис. 2.18. Формирование управляющего сигнала при ВИМ потока

2.3.3. Принципы построения магнитной системы коррекции

Магнитная система коррекции предназначена для обеспечения прецессии ротора гироскопа под воздействием внешнего момента, создаваемого в катушке коррекции сигналом с усилителя мощности, со скоростью _пр в направлении уменьшения ошибки рассогласования.

В состав магнитной системы коррекции входят катушка коррекции, представляющая собой соленоид, ось которого совпадает с продольной осью ракеты, и ротор гироскопа, являющийся постоянным магнитом с явно выраженными полюсами (рис. 2.19).

Сигнал коррекции с усилителя коррекции, несущий информацию об угловом рассогласовании оптической оси гироскопа с направлением на цель (), имеет вид

u_ = U_sin(_гt + _ц), (2.17)

где U_ – амплитудное значение сигнала коррекции, пропорциональное ошибке рассогласования ;

_г – частота вращения ротора гироскопа;

_ц – фаза сигнала, характеризующая плоскость рассогласования.

Известно, что трехстепенной гироскоп обладает следующим свойством: если к ротору гироскопа приложить внешний момент , то ротор начнет прецессировать в направлении наикратчайшего совмещения вектора кинетического момента ротора с моментом внешних сил (рис. 2.19).