Введение к работе
Актуальность темы. Боеприпасы нового поколения: бронебойно-
подкалиберные с повышенной дальностью поражения, активно-реактивные,
кассетные, корректируемые, самоприцеливающиеся, боеприпасы с
газогенераторами и т.п. отличаются существенным усложнением конструкции
и функционированием в процессе выстрела, на траектории полета и при
взаимодействии с целью. Повышается их могущество, дальность полета и
точность поражения цели. Все большее значение в полигонных испытаниях,
проводимых на всех этапах их создания (НИР, ОКР, серийное производство),
приобретает контроль за внешнетраекторными измерениями с повышенной
дальностью и точностью, направленные на составление таблиц стрельбы,
отработку систем управления объектом в полете, наведение его на цель и т. п.
Низкий уровень технических характеристик применяемой контрольно-
измерительной аппаратуры не обеспечивает современных требований к
внешнетраекторным измерениям малоразмерных объектов реактивной и
ствольной артиллерии. Аппаратурная база ведущих артиллерийских
полигонов страны оснащена доплеровскими измерителями скорости
непрерывного излучения Х-диапазона длин радиоволн, имеющими
потенциальную дальность действия до 300000 калибров объектов,
движущихся строго по баллистической траектории. Необходима
специализированная высокоинформативная, быстродействующая и надежная аппаратура, обеспечивающая контроль за объектами на траектории вплоть до 400000 калибров, измерение параметров их поступательного движения с погрешностью не более 1 - 3 м по координатам, 0.1 - 0.2 % по скорости, адаптированная к условиям многоцелевой обстановки на измерительной трассе. В настоящее время аппаратуры такого класса в Российской Федерации нет.
Поэтому актуальной становится научная задача разработки программно-алгоритмического обеспечения приборно-аппаратного комплекса для контроля за функционированием объекта на траектории и измерения координат полета объекта.
Объект исследования. Методы контроля и измерения траекторных параметров объектов.
Предмет исследования - алгоритмическое обеспечение радиоволнового многочастного приборно-аппаратного комплекса для
измерения наклонной дальности, углового положения, радиальной скорости, а также координат объекта.
Целью работы является научно обоснованная разработка программно-алгоритмического обеспечения приборно-аппаратного комплекса для измерения кинематических и динамических характеристик объектов, в том числе, траектория которых отличается от баллистической траектории.
В соответствии с поставленной целью сформулированы и решены следующие задачи:
1. Исследование особенностей физических процессов,
сопровождающих процесс измерения дальности до объекта, при
использовании двухчастотного фазового метода и электромагнитных волн
с частотной модуляцией.
2. Разработка алгоритма определения наклонной дальности,
учитывающий особенности движения объектов, в том числе, по
траектории, отличающейся от баллистической.
-
Разработка на основе уравнений внешней баллистики алгоритма определения траекторных параметров, а также дальности, угловых координат и радиальной скорости объекта.
-
Разработка алгоритма определения угловых координат объекта с целью управления электроприводом поворотной платформы приборно-аппаратного комплекса и получения координат на всей траектории полета.
-
Оценка погрешностей алгоритмов и потенциальной дальности действия приборно-аппаратного комплекса.
Методы исследования. В работе использовались методы математического моделирования, теории внешней баллистики, статистического анализа и математической статистики.
Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов подтверждается:
1. использованием адекватного математического аппарата, в том числе: уравнений внешней баллистики, методов теории обработки сигналов, численных методов решения систем дифференциальных уравнений;
2. согласованностью результатов математического моделирования и результатов натурных испытаний.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Впервые разработан алгоритм определения наклонной дальности до летящего объекта с использованием двухчастотного фазового метода.
-
Разработан алгоритм определения внешнетраекторных параметров, основанный на итерационной процедуре нахождения коэффициентов системы дифференциальных уравнений движения центра масс снаряда путем сравнения расчетных и измеренных данных.
-
Разработан радиоволновой метод непрерывного измерения координат объекта на внешнебаллистической траектории полета.
-
Разработана методика измерения координат объектов, траектория движения которых отличается от баллистической траектории.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Алгоритм определения наклонной дальности до летящего объекта с использованием двухчастотного фазового метода.
-
Алгоритм определения внешнетраекторных параметров, основанный на итерационной процедуре нахождения коэффициентов системы дифференциальных уравнений движения центра масс снаряда путем сравнения расчетных и измеренных данных.
-
Радиоволновой метод непрерывного измерения координат объекта на внешнебаллистической траектории полета.
-
Методика измерения координат объектов, траектория движения которых отличается от баллистической траектории.
Практическая значимость. Проведено исследование особенностей
радиоволновых измерений внешнетраекторных параметров движения
летящего объекта с использованием двухчастотного фазового метода, в
том числе, наклонной дальности, а также фазоразностного принципа
определения угловых координат объекта. Предложенная
двухпараметрическая итерационная процедура, основанная на сравнении математической модели полета объекта, описываемой системой уравнений внешней баллистики, с реально полученными данными, позволяет определить с заданной точностью внешнетраекторные параметры
движения объекта. Результаты диссертационной работы использованы при разработке нового прибора измерения координат на ФКП «НТИИМ».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях:
-
Всероссийская научно-техническая конференция «Проектирование систем вооружения и измерительных комплексов» (г. Нижний Тагил, 2009 -2011г.).
-
Международная научно-техническая конференция «Фундаментальные основы баллистики» (г. Санкт-Петербург, 2010 г.).
-
Всероссийская научно-техническая конференция молодых специалистов и ученых «Актуальные проблемы развития системы артиллерийского вооружения в современных условиях» ЦНИИ «Буревестник» (г. Нижний Новгород, 2010 г.).
-
Всероссийская научно-техническая конференция VII конференция Волжского регионального центра РАРАН «Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения» (г. Саров,2011г.).
-
Международная научно-техническая конференция «Седьмые Окуневские чтения» (г. Санкт-Петербург, 2011 г.).
-
Всероссийский научно-технический семинар «Артиллерийское вооружение России - 2011» (г. Санкт-Петербург, 2011 г.).
-
На заседаниях научно-технического совета Нижнетагильского института испытания металлов.
Публикация работы. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Личный вклад автора. Диссертационная работа является комплексным исследованием многочастотных радиолокационных методов измерения внешней баллистики, задачи которых поставлены автором.
Алгоритм определения наклонной дальности до летящего объекта с использованием двухчастотного фазового метода.
Алгоритм определения внешнетраекторных параметров, основанный на итерационной процедуре нахождения коэффициентов системы дифференциальных уравнений движения центра масс снаряда на основе сравнения расчетных и измеренных значений координат.
Радиоволновой метод непрерывного измерения координат объекта на внешнебаллистической траектории полета.
Алгоритм определения угловых координат объекта, используемых для управления электроприводом поворотной платформы приборно-аппаратного комплекса и получения координат на всей траектории полета.
Оценка погрешностей алгоритмов и потенциальной дальности действия приборно-аппаратного комплекса.
