Методы наведения управляемых авиационных средств поражения
Рассмотрим физические принципы функционирования систем наведения УАСП различного типа, а также проведем сравнительный анализ их достоинств и недостатков. Различают следующие основные принципы наведения [8]:
- командное наведение;
- самонаведение;
- автономное наведение.
При командном наведении система управления ракеты меняет ее траекторию движения на основании информации, переданной из внешнего источника. Существуют системы с передачей как непрерывной информации, так и дискретной.
На основе принципа командного наведения функционируют следующие системы наведения:
- радиокомандное;
- телевизионно-командное;
- наведение по радиолучу;
- наведение по лазерному лучу.
При радиокомандной системе наведения сигналы на рулевые машинки ракеты формируются на ЛА-носителе и передаются на ракету по радиоканалу или проводам. Является самой простой с точки зрения реализации. Управление ракетой осуществляется непосредственно оператором, который отклонением ручки управления изменяет отклонение рулей самой ракеты, тем самым контролируя её траекторию полёта. Для лучшего видимости в хвостовой части ракеты иногда размещается трассер. Современные системы радионаведения способны самостоятельно контролировать местоположение ракеты с помощью оптического датчика, который отслеживает трассер ракеты, или радиолокатора и рассчитывать траекторию полёта ракеты до поражения цели; оператору наведения остаётся только удерживать прицельный маркер на цели.
Преимуществом системы радионаведения является независимость от погодных условий и времени суток, а также высокая помехозащищённость канала связи и относительно высокая скрытность. К недостаткам относятся ограничение манёвренности носителя после пуска и необходимость обнаружения и распознавания цели до пуска.
Телевизионно-командная система наведения в целом аналогична радиокомандной системе наведения. Основным отличием является установленная на борту ракеты телевизионная камера, с помощью которой оператор наведения осуществляет контроль полёта ракеты. Оператор наведения получает в реальном режиме времени изображение местности, над которой пролетает ракета, и управляет полётом, ориентируясь по заметным ориентирам. После обнаружения цели оператор ориентирует ракету в её направлении. Как правило, данная система управления является элементом комбинированной системы наведения, в которой возможен выход ракеты в район цели с помощью автономной инерциальной системы наведения и самонаведение после обнаружения цели телевизионной головкой системы наведения (ГСН).
Преимущества системы аналогичны радиокомандной системе, однако она имеет значительно большую дальность действия, так как отсутствует необходимость визуального сопровождения полёта ракеты. Основным недостатком является узкое поле зрения телевизионной ГСН, которая в сочетании с высокой скоростью полёта приводит к потере ориентировки оператором наведения.
При системе наведения по радиолучу ракета ориентируется относительно направленного на цель фокусированного радиолуча ЛА-носителя. Бортовые датчики ракеты вырабатывают сигналы системе управления на основании углового отклонения от направления равносигнальной зоны луча. Во время наведения оператор должен удерживать на одной линии объект атаки, трассер ракеты и прицел, поэтому данный метод также называют “методом трёх точек”.
Недостатком подобной системы наведения является ограниченность зон возможных пусков ракеты, отсутствие возможности для манёвра носителя во время наведения, невысокая точность попадания.
При системе наведения по лазерному лучу ракета ориентируется относительно направленного на цель модулированного лазерного луча. Бортовые датчики вырабатывают сигналы системе управления на основании величины горизонтального и вертикального отклонения ракеты от луча, так чтобы ракета постоянно находилось на оси лазера.
Преимущества и недостатки системы наведения по лазерному лучу аналогичны полуактивной лазерной системе самонаведения, за исключением более высокой скрытности, так как потребная мощность лазера для командного наведения намного меньше.
На принципе самонаведения построены системы, при которых информация для изменения траектории полёта ракеты выдаётся автономно на борту ракеты от её головки самонаведения. Головка самонаведения использует излучаемую или отражённую энергию цели. Различают активное самонаведение – первичный источник энергии находится на борту ракеты, полуактивное – источник энергии находится вне ракеты и пассивное – источником энергии служит сама цель.
На основе принципа самонаведения функционируют системы:
- активное самонаведение;
- полуактивное самонаведение;
- пассивное самонаведение.
При реализации активного самонаведения, в частности при применении активной радиолокационной системы наведения, ракета ориентируется на отражённый целью радиолокационный сигнал, генерированный бортовой РЛС. Разрешающая способность РЛС ракеты зависит от размера антенны, которая ограничена диаметром корпуса, поэтому ракеты с активной радиолокационной ГСН нередко используют дополнительные методы для сближения с целью на дистанцию действия бортовой РЛС. К ним относятся инерциально-корректируемый метод наведения, полуактивный радиолокационный или теленаведение.
К полуактивным системам наведения относятся:
- полуактивное радиолокационное;
- полуактивное лазерное.
При полуактивной радиолокационной системе наведения ракета ориентируется на отражённый целью радиолокационный сигнал, генерированный РЛС носителя или целеуказателя, в качестве которого чаще всего также выступает летательный аппарат. В настоящее время данный способ самонаведения используется для увеличения дальности пуска ракет с активным радиолокационным самонаведением.
При полуактивной лазерной системе головка самонаведения ориентируется на центр отраженного пятна лазерного излучения с носителя или воздушного или наземного авианаводчика. Получая отраженную лазерную энергию, головка самонаведения определяет угловые координаты цели, на основании которых система управления ракеты в соответствии с заданной программой полёта вырабатывает команды управления движением. С момента пуска до поражения лазер должен удерживаться на цели оператором наведения. При использовании авианаводчика возможна стрельба по не наблюдаемой с носителя цели, в этом случае захват цели возможен на траектории полёта ракеты.
Достоинством полуактивной лазерной системы наведения является высокая точность попадания ракеты в цель, что позволяет поражать одиночные манёвренные малоразмерные объекты. К недостаткам относится зависимость от погодных условий, а также состава и загрязнённости атмосферы. Особенность системы требует постоянного подсвета цели лазером, поэтому самолёт-носитель ограничен в манёвре после пуска ракеты либо требуется использование наземного авианаводчика или другого самолёта, который будет осуществлять целеуказание.
К пассивным системам самонаведения относятся:
- телевизионное;
- тепловизионное;
- пассивное радиолокационное.
При использовании телевизионных систем головка самонаведения ориентируется на визуально-контрастную относительно окружающего фона часть цели. Причём линия контраста может формироваться не только контрастным цветом на общем фоне, но и падающими солнечными лучами и тенями. После прицеливания изображение цели фиксируется в памяти ракеты и по мере приближения к цели автоматически обновляется. Основным элементом телевизионной ГСН является черно-белая оптико-электронная телекамера. Телевизионное самонаведение является пассивным, что позволяет производить атаку, скрытую от противника.
Достоинством телевизионной системы наведения является высокая точность попадания ракеты в цель, что позволяет поражать одиночные манёвренные малоразмерные объекты. К тому же телевизионная система после пуска является автономной, поэтому никак не ограничивает носитель в манёвре, что реализует принцип “пустил-забыл”. К недостаткам относится сильная зависимость от погодных условий, а также состава и загрязнённости атмосферы. Телевизионная система самонаведения эффективно работает только при ярком контрастном свете.
Тепловизионная система наведения в целом аналогична телевизионной системе самонаведения, только работает не в панхроматическом, а в инфракрасном диапазоне длин волн.
Достоинства и недостатки аналогичны телевизионной системе наведения. Однако тепловизионная система самонаведения может работать при низкой освещённости и ночью.
При пассивной радиолокационной системе наведения ракета ориентируется на генерированный целью радиосигнал. Пассивные радиолокационные ГСН обеспечивают пеленгационное наведение в определенном радиочастотном диапазоне. Они наводятся не только на основной луч РЛС, но и боковые лепестки диаграммы направленности антенны. Первые ракеты с пассивной радиолокационной ГСН теряли цель при выключении источника радиоизлучения или отвороте направленного радиолуча антенны РЛС от летящей к ней ракеты. Современные пассивные радиолокационные системы наведения имеют функцию “запоминания” местоположения источника.
В автономных системах команды управления ракетой формируются на основе заложенной на борту программы. Как правило, используются на ракетах для ударов по стационарным целям или в комбинации с другими системами наведения.
На основе принципа самонаведения функционируют системы:
- инерциальные;
- инерциально-корректируемые.
Инерциальные системы характеризуются тем, что параметры полёта ракеты определяются способами, базирующимися на гироскопическом эффекте, который используется в инерциальных системах навигации. В отличие от других систем наведения данная полностью автономна, ей не нужно никаких внешних источников информации или ориентиров. Установленные на борту датчики определяют линейные ускорения и угловые скорости летящей ракеты, на основании которых рассчитывают её скорость, координаты и траекторию, а также данные для коррекции полёта. Современные инерциальные системы включают акселерометры для измерения ускорений ракеты, датчики угловых скоростей, гироскопы для определения углов тангажа, рысканья и крена, блок времени, блок начальной информации о параметрах движения и координатах ракеты во время старта и вычислительную систему для расчёта текущих координат и параметров движения ракеты на основании данных вышеперечисленных блоков.
Преимуществами инерциальной системы является полная автономность и абсолютная помехозащищённость. Основным недостатком является постепенное накопление ошибки определения текущих координат и параметров движения. Данный недостаток может быть частично компенсирован коррекцией системы.
Инерциально-корректируемые системы имеют возможностью коррекции накопленной ошибки определения координат и параметров движения с помощью внешних источников информации. Нередко методы коррекции используют комбинированно, повышая точность системы.
Коррекция инерциального канала навигационной аппаратуры по сигналам глобальной навигационной спутниковой системы. Коррекция может выполняться по данным от одной из систем спутниковой навигации: NAVSTAR, ГЛОНАСС, Galileo и других, или их комбинации. Система наведения сравнивает рассчитанные инерциальной системой координаты с полученными приёмником спутникового сигнала и вычисляет текущую ошибку для её коррекции. Данная система коррекции уязвима из-за возможных радиоэлектронных помех противника, а также из-за возможности уничтожения самих навигационных спутников, поэтому часто она комбинируется с иными системами коррекции.
Рельефометрическая экстремально-корреляционная система коррекции использует результаты сравнения эталонного профиля рельефа с рельефом, над которым пролетает ракета в текущий момент. До пуска на борт ракеты загружают карту рельефа вдоль маршрута полёта. Во время коррекции высотомер формирует непрерывный поток данных о высоте полёта в виде последовательности превышений и понижений, которая “ищется” на карте, причём сравниваются именно последовательности относительных высот, а не абсолютные значения. После обнаружения совпадения система управления ракеты получает точные координаты маршрута во время коррекции и может рассчитать величину накопившейся ошибки, чтобы провести коррекцию траектории. В систему загружают цифровую карту местности вдоль маршрута, на базе которой “предсказывается” текущее значение высоты. Затем рассчитанное значение сравнивается с полученным от высотомера истинным значением. Разница используется для оценки текущей ошибки навигационной системы и её коррекции. Точность системы зависит от количества и размеров элементарных участков местности, над которыми измеряется высота полёта. Чем меньше размер ячейки и больше их количество в одной последовательности, тем выше точность системы. Также точность зависит от погрешности измерения высоты. В современных ракетах вместе с радиовысотомером используют лазерный дальномер, а также карты магнитных полей, что улучшает точность системы.
Оптико-электронная экстремально-корреляционная система коррекции выполняет сравнение эталонного изображения местности с изображением, полученным оптико-электронной системой ракеты. До пуска на борт ракеты загружаются изображения местности вдоль маршрута полёта ракеты, района цели, а также самой цели. Во время полёта установленная на борту камера делает снимки местности, которые “ищутся” на эталонных изображениях. После обнаружения совпадения система управления ракеты получает точные координаты на момент съёмки и может рассчитать величину накопившейся ошибки, чтобы провести коррекцию траектории. Как правило, данный вид коррекции используется на заключительном участке полёта в районе цели.
Сводные характеристики различных систем наведения управляемых АСП представлены в табл. 4.
Более подробное рассмотрение особенностей формирования фазовых координат, входящих в состав вектора 
относительного положения АСП и цели, а также закономерностей изменения этого вектора в зависимости от различных принципов наведения является значительным самостоятельным предметом изучения и не входит в перечень вопросов, изложенных в данной книге. В дальнейшем подробно рассматривается решение задачи прицеливания при боевом применении НАСП.