Принципы действия радиовзрывателя и возможные способы его согласования с боевой частью ракеты

 

По устройству и принципу действия радиовзрыватели подразделяются на импульсные, доплеровские и с частотной модуляцией.

Принцип действия импульсного радиовзрывателя аналогичен принципу действия простейшей импульсной радиолокационной станции. Положение цели относительно ракеты в момент срабатывания радиовзрывателя определяется характеристиками его диаграммы направленности, величиной задержки и длительностью строб-импульсов, выдаваемых на каскад совпадения. Подрыв БЧ ракеты происходит при вхождении цели в область диаграммы направленности радиовзрывателя и совпадении во времени импульсов, отраженных от цели, со строб-импульсами. Величина задержки этих импульсов определяет дальность, а ширина – диапазон дальностей срабатывания радиовзрывателя.

Основной недостаток импульсного взрывателя – наличие мертвой зоны по минимальной дальности, зависящей от длительности зондирующего импульса.

Доплеровские радиовзрыватели работают, как правило, в режиме непрерывного излучения высокочастотных колебаний. Частоты излучаемых колебаний fо и принимаемых f связаны соотношением

 

где V_r – радиальная скорость сближения ракеты с целью;

с – скорость света.

В приемнике выделяется колебание частоты Доплера, которое после усиления поступает на решающее устройство. При определенных параметрах этих колебаний решающее устройство выдает сигнал на подрыв боевой части ракеты.

Логика работы решающего устройства может быть различной.

В простейшем случае команда на подрыв БЧ ракеты может выдаваться по уровню отраженного от цели сигнала, т. е. решающее устройство представляет собой пороговое устройство сравнения амплитуды отраженных сигналов с некоторым заранее установленным уровнем. Положение цели относительно ракеты в момент срабатывания радиовзрывателя в данном случае определяется ориентацией его диаграммы направленности и величиной устанавливаемого уровня порогового устройства. Основные недостатки такого радиовзрывателя – зависимость дальности срабатывания от эффективной отражающей поверхности цели и низкая помехозащищенность.

Для повышения эффективности радиовзрывателя в логику работы решающего устройства может вводиться начальная информация о параметрах сближения ракеты с целью извне, например, с выхода головки самонаведения.

Более сложными устройствами по сравнению с доплеровскими взрывателями являются радиовзрыватели с частотной модуляцией непрерывного сигнала. В качестве закона частотной модуляции может быть принят пилообразный и синусоидальный. Очевидно, вследствие запаздывания отраженного от цели сигнала его частота не будет совпадать с частотой излученного сигнала. Мгновенная разность этих частот характеризует дальность до цели. Принцип действия радиовзрывателя такого типа основан на сравнении измеренных мгновенных значений разностной частоты или ее среднего значения с заранее заданной частотой, характеризующей дальность срабатывания радиовзрывателя.

Рассмотрим несколько способов согласования радиовзрывателя и боевой части ракеты, т. е. получения максимальной эффективности боевого снаряжения при стрельбе.

Первый способ – согласование области срабатывания радиовзрывателя и области возможного поражения цели путем выбора угла наклона диаграммы направленности к продольной оси ракеты OX₁.

Диаграмма направленности имеет форму пространственной зоны возможного поражения цели, т. е. в плоскости, проходящей через продольную ось ракеты, – форму двух лепестков, а в перпендикулярной плоскости – форму кольца. Положение диаграммы направленности определяет область срабатывания радиовзрывателя с точностью, соответствующей временной задержке подрыва боевой части ракеты относительно момента поступления на вход приемника сигнала от цели. Для получения максимальной эффективности боевого снаряжения в различных условиях стрельбы угол наклона диаграммы направленности радиовзрывателя должен быть функцией величины и направления вектора относительной скорости ракеты, т. е. скорости цели, скорости ракеты и угла встречи ракеты с целью.

Если угол наклона диаграммы направленности относительно продольной оси ракеты выбран постоянным, то согласование радиовзрывателя и боевой части может быть лишь для некоторых средних условий встречи ракеты с целью. При отклонении условий стрельбы от расчетных (расчетной скорости цели, дальности до точки встречи, высоты и курсового параметра) эффективность боевого снаряжения ракеты, а следовательно, и вероятность поражения цели снижаются. Скорости полета современных воздушных целей изменяются в широких пределах. Для согласования радиовзрывателя и боевой части ракеты во всем диапазоне изменения скоростей необходимо иметь не одно, а хотя бы несколько фиксированных значений углов наклона диаграммы направленности радиовзрывателя. Выбор той или иной диаграммы направленности должен производиться с учетом условий встречи ракеты с целью.

Второй способ – обеспечение требуемой эффективности боевого снаряжения ракеты путем изменения угла наклона статической области разлета осколков y_ст в зависимости от скорости цели и условий стрельбы.

Боевая часть ракеты имеет несколько точек инициирования, расположенных на оси симметрии. Такое расположение точек инициирования обеспечивает симметричную характеристику разлета осколков в плоскости, перпендикулярной продольной оси ракеты.

В плоскости, проходящей через продольную ось ракеты, совмещение области возможного поражения цели с заданной областью срабатывания (диаграммой направленности) радиовзрывателя осуществляется выбором точек инициирования боевого заряда. Количество возможных комбинаций этих точек определяет возможное число фиксированных углов наклона статической области разлета осколков.

Третий способ – выбор момента срабатывания радиовзрывателя с помощью доплеровских измерителей скорости.

Доплеровская частота f_д сигнала на входе приемника радиовзрывателя изменяется прямо пропорционально радиальной составляющей относительной скорости сближения ракеты с целью:

,

где fo – несущая частота радиовзрывателя;

Vотн. – относительная скорость сближения ракеты с целью;

j– угол между вектором относительной скорости и линией ракета – цель.

В районе точки встречи с достаточной для практики точностью можно считать, что V_0TH – const. Следовательно, значение доплеровской частоты f_д сигнала, поступающего на вход радиовзрывателя, зависит только от величины угла j. Угол j увеличивается по мере сближения ракеты с целью, достигая в момент встречи 90°. Доплеровская частота сигнала соответственно уменьшается до нуля. Осуществляя срабатывание радиовзрывателя напряжением, пропорциональным частоте f_д сигнала, можно получить зависимость момента срабатывания от величины угла между вектором относительной скорости и линией ракета – цель.