Общие сведения о радиосистемах управления

Радиоуправление – область радиоэлектроники, изучающая методы исследования, разработки и эксплуатации систем, выполняющих основные функции управления различными аппаратами и процессами на расстоянии с помощью радиосредств.

Управление осуществляется путем объединения систем извлечения, передачи, переработки информации в одну более сложную радиотехническую систему – радиосистему управления (систему радиоуправления).

По количеству решаемых задач управление может быть одноцелевым или

многоцелевым, т. е. обеспечивающим решение не одной, а двух или бо­лее задач.

Например, система управления совокупностью искусственных спутников Земли (ИСЗ)

может проекти­роваться одновременно для следующих двух целей:

1. Обеспечение движения совокупности ИСЗ по за­данным траекториям

(необходимым, например, для осу­ществления глобальной радиосвязи).

2. Осуществление различных переключений аппара­туры на борту ИСЗ,

необходимых для выполнения эти­ми ИСЗ определенных задач.

По количеству одновременно управляемых объектов управление может быть

однообъектным или многообъектным. Упомянутая выше система управления

совокуп­ностью ИСЗ является многообъектной, так как должна осуществлять управление несколькими ИСЗ.

По количеству пунктов управления (командных пунк­тов), из которых

может осуществляться управление дан­ным объектом, это управление может быть

однопунктным или многопунктным. Примером многопунктного (двухпунктного)

управления является управление косми­ческим кораблем, которое может

осуществляться как космонавтом (т. е. с бортового пункта управления), так и с

наземного пункта управления.

Следует также различать обычное (одноступенчатое) и иерархическое

(многоступенчатое) управление. В иерархических (многоступенчатых) системах

управле­ния команды управления могут формироваться не одним, а несколькими

людьми или управляющими устройствами и притом в иерархическом (по отношению к

управляемо­му объекту) порядке. Примером иерархического (много­ступенчатого)

управления является управление движе­нием пассажирского самолета. На первой

(низшей) ступени управление движением самолета осуществляется пилотом, на

второй (более высокой) ступени — команди­ром экипажа, на третьей ступени —

диспетчером назем­ного пункта управления и т. п. Очевидно, иерархическое

управление может быть как многопунктным, так и однопунктным. Например, если

система управления межпла­нетным космическим кораблем будет предусматривать

возможность управления этим кораблем только с борта этого корабля, но двумя

лицами — космонавтом-пилотом и космонавтом-командиром корабля, то управление

та­ким кораблем будет однопунктным, но иерархическим (двухступенчатым).

Очевидно также, что многопунктное управление может быть как иерархическим,

так и обычным. Например, если при старте автоматической меж­планетной станции

управление ее движением будет про­изводиться из одного командного пункта, а

при посад­ке — из другого, то такое управление будет многопункт­ным, но не

иерархическим.

Аппараты (объекты), управляемые с помощью с помощью радиосредств, могу быть самыми различными. Наиболее сложные объекты управления – такие движущиеся аппараты как самолет, ракета, корабль. Научившись управлять летательными аппаратами (ЛА), не трудно использовать свои знания и в других областях (промышленные роботы, технологические установки и процессы и пр.).

Работы по использованию средств радиотехники для управления на расстоянии,

т.е. работы по радиоуправлению, начались еще до первой мировой войны. Однако

до второй мировой войны радиоуправление практического применения по

существу не получило. Положение резко изменилось, начиная с 40-х годов.

Особенно большие успехи были достигнуты в области управления беспилотными

летательными аппаратами. Причиной этого были два следующих обстоятельства:

1) Успешное использование созданного к этому времени реактивного оружия во

многих случаях оказалось возможным только на базе широкого применения

радиоуправления.

2) Создание к 40-м годам достаточно эффективных средств визирования

управляемых объектов и целей (радиолокаторов).

Следует отметить, что разработка беспилотных летательных аппаратов несколько

опередила разработку необходимых для управления средств радиолокации. Поэтому

первые управляемые по радио беспилотные летательные аппараты, или наводились на

неподвижную цель с неподвижного пункта управления, или управлялись с

использованием простейших оптических средств.

Когда говорят об управлении движением ЛА, то имеют в виду

- управление перемещение центра масс (управление полетом);

- управление поворотом аппарата относительно центра масс (управление ориентацией);

- управление работой бортовых приборов и агрегатов на расстоянии с помощью

радиотелемеханических систем.

Для управления ЛА не всегда необходимы радиосредства. Если информация о цели известна заранее (в случае наведения) и траектория полета может быть определена также заранее, а случайные возмущения существенного влияния на точность движения по заданной траектории не оказывают, последовательность действий ЛА может быть запрограммирована до начала полета. Источником информации является в этом случае программное устройство, в котором хранится программа изменения положения рулевых органов в зависимости от времени, протекающего с момента старта. Однако, такую систему в большинстве случаев объединяют с радиотехнической системой для коррекции ошибок полета (комплексная система).

Для достижения цели управления движением необходимо проводить следующие операции:

- иметь или получать информацию об обобщенных координатах цели;

- знать или непрерывно контролировать обобщенные координаты управляемого объекта (УО);

- обрабатывать полученную информацию по заданному условию (критерию);

-вырабатывать управляющие воздействия (командное управление);

- передавать управляющие воздействия на борт ЛА для обеспечения работы рулевых органов (командное управление).

В состав системы радиоуправления (РУ) в качестве подсистем могу входить следующие радиосистемы: измерительная (РЛС, РНС); радиосистема связи; система радиопротиводействия; система переработки информации; собственно система управления (механическая), например, рулевыми органами, расходом топлива, тяги и т.п.

Для повышения качества управления применяется комбинация (комплексирование) радиосредств с другими, например, инерциальными приборами управления.

Рисунок 1.1- Примеры автоматически управляемых движущихся объектов

На рисунке 1.1 приведена классификация автоматически управляемых движущихся объектов. При наведении УО на самолет возможность прямого попадания обычно исключается (используют осколки, взрывную волну). Снаряды с таким действием называют дистанционными (или неконтактными). При наведении на корабли цель поражается при прямом попадании. Снаряды при этом относят к классу ударных.

В Вооруженных Силах РФ различают:

• Ракетное вооружение ракетных войск стратегического назначения (РВСН)
• Ракетное вооружение соединений и частей Ракетных войск и артиллерии Сухопутных Войск РФ
• Ракетное вооружение Зенитных ракетных войск
• Ракетное вооружение ракетных частей войск береговой обороны ВМФ РФ

Например, ракетное вооружение войск стратегического назначения включает:

• Ракетное оружие
• ракеты в ядерном или другом оснащении
• пусковые установки
• средства управления боевым применением ракетного оружия

• Технические средства эксплуатации ракетного оружия
• подъемно — транспортные устройства
• агрегаты транспортировки и стыковки головных частей с ракетой-носителем
• комплексные и другие испытательные стенды
• другое стационарное и подвижное технологическое оборудование

Рисунок 1.2 – Ракетное вооружение ракетных войск стратегического назначения

Ракеты класса «земля-земля» разделяют по назначению на тактические,

оперативно-тактические и стратегические. За рубежом ракеты класса «земля-земля», как

правило, делят на категории дальности (то есть малой дальности, средней дальности и

т. д.). Ракеты «земля-земля» бывают баллистическими или крылатыми.

Баллистические ракеты дальнего действия (БР) предназначены для поражения неподвижных целей, удален­ных от командного пункта (КП) на несколько тысяч или более километров. При управ­лении такими ракетами момент пуска обычно не играет суще­ственного значения, но зато весьма важно обеспечить выключение двигателя

ракеты в момент, обеспечивающий попадание в цель.

Боевое ракетное оружие подразделяется по:

• принадлежности к видам вооруженных сил (ВС) — наземное, авиационное, противовоздушное, противокосмическое, морское
• физической среде применения от места старта (земля, море, воздух) до местоположения цели
• дальности полета (от места старта до цели) — межконтинентальное (дальность пуска — более 5500 км), средней дальности (1000-5500 км), оперативно-тактической дальности (300—1000 км), тактической дальности (менее 300 км).
• способу базирования — стационарное, подвижное (мобильное).
• характеру и способу реализации полета — баллистическое, аэробаллистическое, воздушное, подводное.
• целевому назначению — противотанковое (противотанковые ракеты), противосамолетное (зенитная ракета), противокорабельное, противорадиолокационное, противокосмическое, противолодочное (против подводных лодок).

В некоторых международных соглашениях применяется другая классификация ракет - по дальности.

В состав комплексов (систем) ракетного оружия входят

• ракеты-носители боеприпасов, оснащенные бортовыми средствами управления полетом (наведения на цели)
• пусковые (стартовые) установки
• средства технического обслуживания, транспортировки и хранения.

Рисунок 1.3 – Пример авиационного ракетного вооружения

Управление ракетами-носителями космических аппаратов (КА) имеет много общего с управлением баллистическими ракетами дальнего действия, так как в обоих случаях основной задачей управления является выключение в наивыгоднейший момент времени двига­теля последней ступени ракеты. В момент выключения двигателя соотношение между координатами и составляющими вектора ско­рости ракеты должно быть таким, чтобы обеспечить попадание ракеты в цель (в случае баллистической ракеты) или вывод кос­мического аппарата на заданную орбиту (в случае запуска КА).

На рисунке 1.4 показана обобщенная структурная схема системы управления (СУ) движением летательного аппарата. Поясним ее функционирование.

Рисунок 1.4 - Обобщенная структурная схема СУ движением ЛА

Система извлечения информации (координатор) – 1 определяет взаимное положение цели и объекта. Эта информация через канал связи - 2 поступает в устройство управления, где на основе полученных данных, системой переработки информации - 3 вырабатываются команды управления объектом такие, чтобы взаимное положение цели и ЛА изменялось заданным образом. Команды управления воздействуют на исполнительные органы - 4. Информация об изменении координат объекта поступает по каналу обратной связи - 6 в координатор - 1, где сравнивается с информацией об изменении координат цели, образуя замкнутую систему. Если управляемый объект и информационные системы разнесены в пространстве, то каналы связи могут быть радиолиниями, в противном случае – это могут быть проводные линии передачи электрических сигналов внутри объекта, механические связи (зубчатые передачи, тяги и т.п.). На рисунке n(t) – помеха, действующая в различных местах РСУ.

На рисунке 1.5 приведена классификация способов управления движущимися объектами, а на рисунке 1.6 - классификация систем радиоуправления по различным признакам (рисунок читается справа налево).

Рисунок 1.5 - Классификация способов управления

Рисунок 1.6 - Классификация систем радиоуправления

Основные этапы управления самолетами, пример наиболее полный для ЛА военного назначения: взлет, выведение в район цели, пуск управляемого снаряда, управление снарядом, предотвращение столкновений с другими самолетами, возвращение на аэродром, посадка.

В общем случае этапы управления современных движущихся объектов можно пояснить схемой приведенной на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 – Этапы управления движущихся объектов

На рисунках, приведенных ниже, показаны некоторые стартовые установки.

Рисунок 1.8 - Установка ракет на носителе (самолет)

Рисунок 1.9- Авиационная пусковая установка АПУ-8 под крылом Су-39

Рисунок 1.10 - Межконтинентальная баллистическая ракета 15Ж65 "Тополь-М"мобильного базирования

Управление пуском должно обеспечить пуск ракеты в наивыгоднейший момент с точки зрения точности попадания в заданную точку. Если пуск ракеты производится с поворотного наклонного лафета, то управление должно обеспечить и необходимую ориентацию лафета. Управление пуском осуществляется на КП с помощью РЛС и предварительных данных о координатах цели и параметрах ее движения, поступающих по линиям связи с центра обработки данных радиолокационного поля ( совокупности радиолокационных средств некоторого района).

Управление полетом обеспечивает наведение ракеты на цель с точностью, достаточной для надежного поражения. Оно осуществляется с помощью радиосредств, расположенных на КП и борту ракеты, и включает радиолокационные устройства и радиолинии передачи информации с КП на ракету и (или) с ракеты на КП. Управление движением – управление перемещением центра масс ЛА и его поворотами вокруг осей, т.е. управление полетом и ориентацией.

Управление подрывом боевого снаряда ракеты должно обеспечить подрыв в момент времени в наивыгоднейший момент времени и осуществляется обычно радиовзрывателем, расположенным на борту ракеты.

При управлении ЛА часто решается задача радиопротиводействия (создание помех радиосредствам противника) и огневого противодействия (уничтожение РЛС противника снарядами с пассивными головками самонаведения).

Из приведенного выше краткого обзора следует, что характер задач

радиоуправления в большой мере зави­сит от вида управляемого аппарата и его

назначения. Так, например, при управлении аппаратами невоенного назначения

отпадают задачи радиопротиводействия и подрыва боевой части; при управлении

снарядами отсут­ствует задача посадки летательного аппарата и т. п. Однако

для большинства управляемых летательных аппаратов характерно наличие

управления их движени­ем. Как уже говорилось, это управление в общем случае

заключается в управ­лении перемещениями центра масс аппарата и его пово­ротами

вокруг центра масс, т. е. в управлении полетом и ориентацией. При этом управление

ориентацией аппа­рата может требоваться как для обеспечения надлежа­щего

управления его полетом, так и иметь самостоятель­ное значение (например, при

необходимости обеспечить определенное положение корпуса летательного аппарата

относительно Земли). Для управления ориентацией летательных аппаратов

радиосредства применяются в значительно меньшей ме­ре, чем для управления их

полетом.