[1]Изобретение относится к системам наведения на воздушные цели, в частности на высокоскоростные и интенсивно маневрирующие цели.
[2]Среди новых видов воздушно-космической техники, к которым относятся сверхманевренные (СМЛА), гиперзвуковые (ГЗЛА), беспилотные (БЛА) летательные аппараты (ЛА), сверхзвуковые крылатые и нестратегические баллистические ракеты, наиболее проблемными для перехвата являются ГЗЛА, что в первую очередь обусловлено следующими причинами:
[3]сложным непредсказуемым характером траекторий, в законе изменения которых содержатся высокие производные с изменяющимися знаками, что делает невозможным использование традиционных способов обнаружения, сопровождения и наведения в упрежденную точку встречи;
[4]большим разбросом высот (до десятков километров) и скоростей, вплоть до околокосмических;
[5]заведомым несоответствием динамических свойств ГЗЛА и перехватчиков, что ограничивает зону перехвата только передней полусферой, предопределяющим невозможность использования прямых методов наведения.
[6]Качественно траектория полета ГЗЛА в вертикальной плоскости показана на фиг. 1.
[7]В качестве прототипа был выбран один из наиболее распространенных методов - метод пропорционального наведения (МПН) [1].
[8]В этом методе требуемое поперечное ускорение в плоскости управления должно быть пропорционально угловой скорости линии (ЛВ) визирования и скорости сближения ЛА с целью:
[9]
[10]Недостатками МПН является отсутствие учета погрешности сопровождения цели по углу и плохая управляемость на больших расстояниях. Кроме того, прямолинейность траектории наведения для МПН реализуется лишь при наведении на неманеврирующие цели.
[11]Проведенные исследования показали, что можно реализовать перехват ГЗЛА при условии, что в законе наведения перехватчика используются высокие (до четвертого порядка) производные угловых координат [2].
[12]Однако для информационного обеспечения такого способа наведения практически невозможно синтезировать фильтр, устойчиво формирующий оценки угла, угловой скорости и ее первой и второй производных, поскольку измеряется только угол.
[13]В связи с этим целесообразно синтезировать способ наведения, который обеспечивал бы перехват ГЗЛА без знания высоких производных.
[14]Эта задача может быть решена на основе математического аппарата синтеза нелинейного управления [3], который позволяет для n-мерной системы
[15]
[16]предназначенной для отработки n-мерного процесса
[17]
[18]сформировать r-мерный (r ≤ n) сигнал управления
[19]
[20]оптимальный по минимуму квадратично-биквадратного функционала качества
[21]
[23]K - матрица штрафов за величину сигналов управления;
[24]Q - матрица штрафов за точность приближения хУ к хТ;
[25]
[26]Р - симметричная матрица, определяющая вес нелинейной составляющей (6) в составе уравнения (4).
[27]Здесь и далее для упрощения записей опущена зависимость векторов и матрицы М от времени t.
[28]Рассмотрим процедуру синтеза способа наведения перехватчика на ГЗЛА при условии, что наводимый летательный аппарат аппроксимируется моделью
[29]
[30]а модель движения ГЗЛА кинематическими уравнениями [1]
[31]
[32]В (7), (8) ϕу, ϕт - текущие и требуемые значения пеленга цели с перехватчика, а ωу, ωт - угловых скоростей изменения ϕу и линии визирования цели с перехватчика;
[33]b и Т - коэффициент передачи ЛА и постоянная времени в плоскости управления;
[34]jу - поперечное ускорение, выполняющее роль сигнала управления;
[35]Д и 
- дальность до цели и скорость ее изменения;
[36]jт - поперечное ускорение цели;
[37]
и 
- центрированные гауссовские возмущения, действующие на перехватчик и ГЗЛА.
[38]Необходимо отметить, что манипулируя законом изменения jт в (8), можно реализовать траекторию полета ГЗЛА любой сложности.
[39]Геометрические соотношения между целью и перехватчиком показаны на фиг. 2.
[40]Необходимо по моделям (7) и (8) найти по правилу (4) сигнал jу управления перехватчиком, оптимальный по минимуму функционала
[41]
[42]где 
[43]Поставив в соответствие (7) - (9) с (2), (3) и (5), получим
[44]
[46]
[47]где в соответствии с выводами теоремы статистической эквивалентности
[48]
[50]Анализ соотношений (12) и (13) позволяет сделать следующие выводы.
[51]Способ (12) характеризует систему наведения с нелинейным управлением, в котором наряду с линейной компонентой, определяемой первыми двумя слагаемыми, используется и нелинейная компонента, определяемая третьим, четвертым и пятым слагаемыми.
[52]Сигнал управления зависит не от абсолютных значений коэффициентов штрафов, а от их соотношений q12/kj, q22/kj и р11/kj, р21/kj, р22/kj, что существенно облегчает процедуру расчета сигналов управления.
[53]Сигнал управления зависит не только от абсолютных значений Δϕ и Δω, но и от их сочетаний по величине и знаку.
[55]Технический результат, который может быть получен от использования предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении высокой устойчивости и точности перехвата интенсивно маневрирующих высокоскоростных целей.
[56]Технический результат достигается за счет использования закона (12) для управления наводимым ЛА на цель, в котором в различных сочетаниях учитываются ошибки наведения по углу и угловой скорости, что и отличает его от прототипа (1).
[58]Принципы функционирования предложенного способа для одной плоскости поясняются структурной схемой, проиллюстрированной фигурой 3, на которой функциональные блоки перехватчика объединены пунктирной линией. На этой фигуре
[59]1 - измерители углов, поступающих в фильтр 2;
[60]2 - фильтр, формирующий оценки 
и передающий их на усилители 3-7;
[61]3 - усилитель, формирующий на основе оценок 
сигнал 
и передающий его на сумматор 8;
[62]4 - усилитель, формирующий на основе оценок 
сигнал
[63]
и передающий его на сумматор 8;
[64]5 - усилитель, формирующий на основе оценок 
сигнал
[65]
и передающий его на сумматор 8;
[66]6 - усилитель, формирующий на основе оценок 
сигнал
[67]
и передающий его на сумматор 8;
[68]7 - усилитель, формирующий на основе оценок 
[69]сигнал 
и передающий его на сумматор 8;
[70]8 - сумматор, получающий на вход сигналы из усилителей 3-7, формирующий сигнал управления jу и передающий его на органы управления ЛА 9;
[71]9 - органы управления ЛА, получающие на вход сигнал управления jу и изменяющие пространственное положение ЛА;
[73]Работоспособность предложенного способа наведения оценивалась по результатам моделирования полета ГЗЛА в вертикальной плоскости по сложному закону, который качественно показан на фиг. 4, и полета перехватчика (7) с управлением (12) в широком поле начальных условий применения.
[74]Эффективность предложенного нового метода наведения (НМН) оценивалась по величине ошибок управления по углу Δϕ, а также по величинам текущего промаха h и требуемого поперечного ускорения jу наводимого ЛА в процессе сравнения с перехватом по наиболее распространенному [1] методу пропорционального наведения (МПН):
[75]
[76]Траектории ГЗЛА и перехватчиков, управляемых по НМН и МПН, показаны на фиг. 4.
[77]На этой фигуре приняты следующие обозначения:
[78]1-6 - наведение по НМН (сплошная линия);
[79]7-12 - наведение по МПН (штриховая линия);
[80]1 и 2, 7 и 8 - начальная высота перехватчика 5 км;
[81]3 и 4, 9 и 10 - начальная высота перехватчика 10 км;
[82]5 и 6, 11 и 12 - начальная высота перехватчика 20 км;
[83]1, 3, 5, 7, 9, 11 - начальная ошибка наведения Δϕ = -15°;
[84]2, 4, 6, 8, 10, 12 - начальная ошибка наведения Δϕ = 15°.
[85]Из фиг. 4 видно, что перехват по НМН реализуется во всем поле высот применения с достаточно большими первоначальными угловыми ошибками, в то время как при использовании традиционного МПН перехват не выполняется.
[86]На фиг. 5 и 6 показаны соответствующие текущие ошибки наведения по углу и текущие промахи.
[87]Из этих фигур видно, что НМН реализует существенно более высокую точность наведения, обеспечивая сведение угловых ошибок и промахов практически к нулю, несмотря на очень сложный закон движения ГЗЛА, в то время как использование МПН приводит к их нарастанию, свидетельствуя о невозможности перехвата.
[88]Из фиг. 7 видно, что перехват по НМН выполняется в реализуемом на практике диапазоне поперечных ускорений, в то время как при МПН требуются очень большие, не реализуемые на практике значения ускорений.
[89]В заключение необходимо отметить, что предлагаемое изобретение может быть реализовано в существующих самолетах и ракетах.
[91]1. Меркулов В.И., Дрогалин В.В., Канащенков А.И. и др. Авиационные системы радиоуправления. Т. 2. Радиоэлектронные системы самонаведения. / Под ред. А.И. Канащенкова и В.И. Меркулова. - М.: Радиотехника, 2003 - 389 с.
[92]2. Меркулов В.И., Соколов Д.А. Устранение несоответствия динамических свойств подсистем в процессе их совместного функционирования в составе сложных технических систем управления. // Динамика сложных систем. 2016. №1. С. 26-32.
[93]3. Меркулов В.И. Оптимизация систем управления по локальным квадратично-биквадратным функционалам качества. // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2016. №11. С. 27-33.
угла визирования цели и его производной, а также их текущих значений 
, которые затем передают в усилители, где одновременно формируют сигналы: в первом усилителе -
, во втором -
, в третьем -
, в четвертом -
, затем сформированные сигналы передают в сумматор, в котором формируют сигнал управления jу перехватчика по закону
- ошибки управления по углу визирования цели;
- ошибки управления по угловой скорости линии визирования цели;
, 
и 
, 
, 
и 
, 
, что не накладывает ограничений на возможность его формирования.
, 
и 
, 
, полученных от бортовых измерителей либо от других источников информации.
