МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский государственный технический университет

Основы построения и функционирования артиллерийского

радиолокационного комплекса АРК-1

Учебное пособие

Воронеж 1999

УДК: 623.023:621.396.967

Основы построения и функционирования артиллерийского радиолокационного комплекса АРК-1: Учебн. пособие / С.А. Солодовников, В.А. Конончук,

И.П. Лосев, А.П. Тюрин, С.В. Панюков, Ю.А. Ирхин, В.М. Жуков. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 1999. 101с.

Пособие представляет собой сборник учебных материалов по основам построения, общему устройству и работе артиллерийского радиолокационного комплекса АРК-1 и его основных составных частей. В нем, на основе анализа соответствующей технической документации и литературы с необходимой степенью детализации рассматриваются вопросы построения и функционирования радиолокационных станций разведки огневых позиций в общем, и артиллерийского радиолокационного комплекса АРК-1 в частности. Главное внимание в пособии уделено особенностям построения и принципам действия основных функциональных систем радиолокационной аппаратуры комплекса.

Пособие предназначено для военно-технической подготовки студентов ВУЗов, обучающихся на военных кафедрах по соответствующим военно-учетным специальностям. Кроме того, пособие может быть полезно для офицеров-специалистов по эксплуатации АРК-1.

Учебное пособие подготовлено в электронном виде, в текстовом редакторе Word for Windows и содержится в файле posob.doc.

Табл.1. Ил.66. Библиогр.: 5 назв.

Научный редактор канд. военных наук А.Н.Кулик

Рецензенты: кафедра технической эксплуатации военного института радиоэлектроники; начальник научно-исследовательского отдела военного института радиоэлектроники, кандидат технических наук Л.А. Овчаренко.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета.

© Коллектив авторов, 1999

© Оформление. Издательство

Воронежского государственного

технического университета, 1999

Введение

Анализ состояния организационных форм, вооружения и боевой техники вооруженных сил стран дальнего зарубежья, а также опыт последних локальных конфликтов и войн показывает, что последнее десятилетие ХХ века характеризуется интенсивным развитием и совершенствованием средств вооруженной борьбы основных иностранных армий. На основе последних достижений науки и техники, с использованием современных наукоемких технологий в ведущих развитых государствах мировой системы разработаны и приняты на вооружение своих армий новые образцы обычного и высокоточного оружия (ВТО). Последнее по своей эффективности действия приближается к оружию массового поражения. Одним из элементов систем ВТО являются средства поражения, в том числе и артиллерия, использующая как обычные, так и высокоточные боеприпасы (ВТБ), поэтому необходимость эффективной борьбы с ней в современном общевойсковом бою существенно возрастает.

Ракетные войска и артиллерия являются одним из основных средств огневого поражения противника.

Одной из главных задач ракетных войск и артиллерии в различных видах боя является уничтожение артиллерийских и минометных батарей противника, в том числе применяющих ВТБ, а также уничтожение других элементов ВТО.

Таким образом, в условиях современного общевойскового боя остро встает вопрос ведения нашей артиллерией эффективной контрбатарейной борьбы, особенно, с самоходными батареями противника.

Важнейшими условиями успеха в контрбатарейной борьбе являются использование высокоэффективных средств разведки стреляющих систем и их комплексирование с огневыми средствами и средствами управления.

Несмотря на сложившееся в настоящее время отставание в пространственных возможностях средств артиллерийской разведки от средств огневого поражения, артиллерийский радиолокационный комплекс АРК-1, в силу ряда объективных причин, остается пока основным средством артиллерийской радиолокационной разведки стреляющих систем противника и обслуживания стрельбы своей артиллерии. Характеристики комплекса позволяют существенно повысить эффективность контрбатарейной борьбы с самоходной артиллерией противника.

Качественное выполнение задач по разведке и обслуживанию стрельбы, с помощью комплекса требует умелой организации работ по его использованию и обслуживанию, а это возможно только при наличии знаний принципов его построения, работы, конструкции, и основных тактико-технических характеристик, которые и рассматриваются в настоящем учебном пособии.

Основное внимание в пособии уделяется физической сущности явлений, лежащих в основе работы комплекса и его основных систем, некоторым конструктивным особенностям, необходимым для организации его эксплуатации, а математический аппарат используется в минимальном объеме, необходимом для усвоения физического содержания процессов протекающих в электрических и радиотехнических цепях электронной аппаратуры.

Учебное пособие состоит из восьми разделов.

В первом разделе рассматриваются основы построения и функционирования радиолокационных станций разведки огневых позиций, а также приводятся общие сведения по устройству и работе АРК-1.

В остальных семи разделах рассматриваются общее устройство и принцип действия основных систем РЛА комплекса.

Учебное пособие рассчитано на обучаемых, изучивших основные положения по теоретическим основам радиолокации, распространению радиоволн и антенно-фидерным устройствам, а также основам построения и функционирования радиотехнических систем.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО УСТРОЙСТВУ И РАБОТЕ АРТИЛЛЕРИЙСКОГО РАДИОЛОКАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА РАЗВЕДКИ И КОНТРОЛЯ

СТРЕЛЬБЫ АРК-1

1.1. Общие принципы построения и функционирования

радиолокационных станций разведки огневых позиций

Радиолокационные станции разведки огневых позиций (РЛС РОП) предназначены для разведки стреляющих артиллерийских систем противника и обслуживания стрельбы своих аналогичных систем. Поэтому существует два основных режима их функционирования: режим "Разведка" и режим "Контроль" ("Р" и "К").

Принцип действия РЛС РОП основан на сопровождении баллистической цели (артиллерийской мины, снаряда, тактической ракеты), в дальнейшем просто снаряда, на траектории с последующей экстраполяцией недостающего участка траектории до точки вылета в режиме "Р", либо до точки падения в режиме "К".

С целью снижения ошибок определения координат точки вылета (падения) участок экстраполяции должен выбираться как можно меньшим по протяженности, в связи с чем наблюдение снаряда в режиме "Р" осуществляется на восходящем участке траектории, а в режиме "К" - на нисходящем.

При заранее известном законе движения снаряда достаточно одной его засечки на траектории для решения задачи экстраполяции, но ввиду того, что реальная траектория полета может существенно отличаться от кинематической используются несколько засечек, получаемых в результате сопровождения цели. Отклонение реальной траектории от расчетной обусловливается, в частности, инструментальными ошибками съема координат снаряда, отклонением условий стрельбы от табличных, техническими ошибками подготовки и ведения стрельбы. Снижение ошибок при сопровождении обеспечивается путем усреднения измерений на некотором промежутке времени, т.е. процессу последующей экстраполяции предшествует процесс сглаживания координат. При сглаживании используют метод наименьших квадратов или рекурентные методы с предсказанием. Кроме того, сопровождение снаряда необходимо для определения его скорости и ускорения, используемых для более точной экстраполяции недостающего участка траектории и для распознавания типа цели.

Обычно время сопровождения составляет 6...8 с., время дискретизации отсчетов координат цели на траектории 0,2 с.

После сглаживания рассчитываются координаты точки, соответствующей середине участка сопровождения X_ср, H_ср, Y_ср, которые используются в последующей экстраполяции.

Таким образом, принцип функционирования РЛС РОП определяется следующими основными процессами:

— поиск и обнаружение баллистической цели в зоне обзора;

— захват и сопровождение баллистической цели на траектории (определение ее текущих координат и параметров движения);

— сглаживание данных сопровождения;

— экстраполяция недостающего участка траектории к точке вылета (падения) снаряда;

— распознавание типа баллистической цели (класса стреляющей системы).

Принципы построения и функционирования РЛС РОП, а также их конструктивное исполнение существенным образом определяются особенностями радиолокационного наблюдения баллистических целей, к которым относятся:

— малые эффективные площади рассеяния (ЭПР) целей, которые указывают на необходимость высокого энергетического потенциала станции, т.е. отношения Р_изл /Р_пр.мин, где Р_изл - мощность излучения; Р_пр.мин - чувствительность приемника. Ввиду высокой чувствительности, при малых ЭПР более существенно сказывается влияние местных предметов и гидрометеоров, поэтому наряду с традиционными методами борьбы с пассивными помехами здесь используются специальные, а именно: организационные — фланговый обзор; технические — применение автокомпенсатора помех;

— различная ЭПР целей для режимов "Р" и "К", а также ее зависимость от типа цели. Ввиду того, что мины имеют более навесную траекторию полета, чем артиллерийские снаряды и наблюдаются с боковой поверхности, имеющей большую ЭПР, а не с головной, поэтому и дальность разведки РЛС по мине приблизительно в 1,5 раза больше, чем по снаряду. При контроле стрельбы артиллерийский снаряд наблюдается с донной части, имеющей ЭПР примерно равную ЭПР мины, поэтому дальность действия РЛС в режиме "Р" по мине соизмерима с дальностью действия в режиме "К" по снаряду;

— сильная изрезанность диаграмм обратного рассеяния и наличие в них глубоких провалов, для уменьшения отрицательного влияния которых в РЛС РОП используют длинноволновую часть сантиметрового диапазона и коротковолновую часть дециметрового диапазона УКВ, что приводит к увеличению габаритных размеров антенн для получения требуемых точностных характеристик функционирования;

— малое пребывание цели в зоне обзора требует обязательной автоматизации процессов ее обнаружения, захвата и сопровождения с целью обеспечения требуемой эффективности функционирования станции;

— относительная сложность алгоритмов экстраполяции траектории определяет наличие в станции специализированной ЭВМ (СЦВМ);

— необходимость привлечения огневых средств для тренировки расчетов удорожает процесс их боевой подготовки, поэтому обязательным элементом станции является встроенный тренажер.

Выше отмечалось, что в основе решения задачи определения координат точки вылета (падения) снаряда при выстреле РЛС РОП лежит процесс экстраполяции недостающего участка траектории его полета по данным его сопровождения.

Рассмотрим более подробно процесс экстраполяции.

Наиболее полно движение баллистической цели описывается системой дифференциальных уравнений, но использование их удлиняет по времени решение задачи экстраполяции и усложняет специализированную ЭВМ. Все это усложняет работу РЛС в масштабе реального времени. Поэтому для экстраполяции используется приближенное решение дифференциальных уравнений, в частности параболическая теория полета снаряда с уточнением ее для реальных условий.

Сущность данного метода с учетом трех упрощений: плоскость стрельбы совпадает с позицией РЛС; стрельба ведется в безвоздушном пространстве; отсутствует превышение высот позиций орудия и РЛС поясняется с помощью рис. 1.1 и заключается в том, что реальная траектория снаряда заменяется параболой движения тела с начальной скоростью V₀, горизонтальной и вертикальной составляющими вектора скорости V_x, V_H и углом бросания .

Рис 1.1

С учетом принятых допущений можно записать:

(1.1)

где g - 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

t - время полета.

Тогда координаты движения снаряда определяются системой уравнений:

(1.2)

которую можно представить в другом виде:

(1.3)

В системе уравнений (1.3) неизвестными являются параметры x, t, т.е. система двух уравнений с двумя неизвестными дает однозначное решение относительно текущей координаты снаряда.

Для определения координат точки вылета, с помощью РЛС на участке траектории АВ (рис. 1.1) определяются текущие сферические координаты снаряда (Д_н, , ), а с помощью СЦВМ его текущие прямоугольные координаты, которые с учетом принятых упрощений, в соответствии с рис. 1.1 можно определить из выражений:

(1.4)

где Х_рлс - координата позиции РЛС;

Д_H - наклонная дальность цели;

Д_Г - горизонтальная дальность цели;

 - угол места цели.

Затем по сглаженным текущим значениям координат цели определяются координаты средней точки "С" участка сопровождения АВ (X_ср, H_ср), а также составляющие скорости для этой же точки V_H, V_x (рис 1.1).

Выбор средней точки в качестве исходной для экстраполяции обусловлен тем, что оценки среднеквадратических ошибок параметров траектории, полученные в результате сглаживания, а также систематические ошибки определения этих параметров в середине интервала наблюдения минимальны.

С учетом полученных параметров X_ср, H_ср и выражений (1.3) система уравнений, определяющая координаты точки вылета будет иметь вид:

(1.5)

где X_ор - координаты точки вылета снаряда;

t_э - время экстраполяции (время полета снаряда от точки вылета до средней точки участка наблюдения).

Таким образом, определение координат стреляющей системы X_ор сводится к решению системы из двух уравнений с двумя неизвестными X_ор и t_э. В результате решения второго уравнения определяется параметр t_э, используя который в первом уравнении определяется искомая величина X_ор.

В реальных условиях, вследствие влияния сопротивления воздуха, траектория полета снаряда будет отличаться от рассмотренной. Прежде всего, это будет сказываться на изменении скорости полета т.к. движение снаряда будет происходить с ускорением, по величине которого и можно судить о степени этого влияния. Кроме того, при одинаковых условиях атмосферы, степень этого влияния будет зависеть от типа цели и характера траектории. Для учета этих условий во второе уравнение системы (1.5) вводится дополнительное слагаемое являющееся функцией типа цели, а также составляющих скорости и ускорения. В результате система уравнений (1.5) преобразуется к виду:

(1.6)

где V_x, V_H - измеренные значения составляющих скорости снаряда;

W_x - измеренное значение горизонтальной составляющей ускорения снаряда;

E - функция учитывающая тип цели и обеспечивающая достаточное совпадение реальной траектории с приближенной.

Знак плюс или минус во втором слагаемом определяется режимом работы РЛС соответственно "Р" или "К".

Соотношения (1.6) получены без учета возможного превышения высот огневой позиции и позиции РЛС, что может привести к недопустимой ошибке определения координат X_ор, особенно для настильных траекторий. Для исключения этого во второе уравнение системы (1.6) вводят величину H - предполагаемую разность высот огневой позиции и позиций РЛС. С учетом этого оно будет иметь вид:

(1.7)

При этом задача экстраполяции решается дважды. На первом этапе H полагается равной среднему превышению высоты района разведки над позицией РЛС. После получения результатов экстраполяции величина H уточняется по карте, и задача решается повторно.

В общем случае при несовпадении плоскости стрельбы с позицией РЛС к системе (1.6) добавляется еще одно уравнение, описывающее движение снаряда относительно оси Y с одним неизвестным Y_ор и в результате решения задачи экстраполяции определяются координаты огневой позиции X_ор, Y_ор.