Система самонаведения

Система самонаведения — совокупность устройств, предназначенных для автономного вывода метательного снаряда на цель и минимизации отклонения от неё без участия экипажа или внешних средств управления, в отличие от командного наведения.

Головка самонаведения (ГСН) — элемент системы самонаведения, аппаратура которого размещена в носовой части ракеты или снаряда. ГСН используется в случае если приёмник использует механическую (акустическую) или лучистую энергию (электромагнитные волны различной длины) излучённую или отражённую целью. Такое размещение создаёт некоторые конструктивные сложности, так как полезный груз (боевую часть) приходится размещать за аппаратурой наведения.

Строение

Основными функциональными блоками системы самонаведения считаются два блока:

датчик некоторой физической величины, напрямую или косвенно связанной с положением цели
автопилот - система обработки полученных данных от датчика (приёмника) и выработки управляющего сигнала на рули.
Активные системы самонаведения помимо приёмника обладают так же передатчиком (излучателем) — устройством, излучающий зондирующие сигналы и облучающим ими цель. Датчик в этом случае настроен для приёма отражённых от цели эхо-сигналов. Пассивные системы используют энергию, непосредственно излучаемую целью, полуактивные - отраженную от цели энергию вспомогательной РЛС подсветки.

Более сложные (совершенные) устройства могут так же включать в себя модули хранения информации, аналоговые или цифровые вычислительные машины и другие элементы, повышающие помехозащищённость, точность и основные тактико-технические характеристики снаряда.

Для повышения стабильности и точности работы ГСН, датчик-координатор устанавливают на гиростабилизированной платформе (гирокоординатор).

Классификация

Система самонаведения изначально может не иметь информации о положении цели — в этом случае говорят о системе самонаведения с поиском цели, а также иметь такую информацию — в этом случае говорят о системе с сопровождением цели.

Системы самонаведения принято классифицировать по типу используемых физических величин для определения положения целей.

Можно выделить следующие типы систем самонаведения:

инерциальная
астронавигационная
спутниковая навигация
радиолокационная
активная радиолокационная ГСН
полуактивная радиолокационная ГСН

пассивная радиолокационная ГСН
радиолокационная коррекция по пеленгу на радиомаяки
радиолокационная коррекция по рельефу местности

инфракрасная (тепловая) ГСН
I поколения
II поколения
III поколения
IV поколения

ультрафиолетовая ГСН
оптическая (телевизионная) ГСН
лазерная ГСН
акустическая ГСН (применяется в торпедах)
магнитная
электростатическая

Активное радиолокационное самонаведение

Активное радиолокационное самонаведение — метод наведения ракет, заключающийся в том, что ракета оснащается автономным радиолокатором и решающим блоком, позволяющим обнаружить и перехватить цель без вмешательства станции наведения на объекте-носителе.

Основные преимущества активного радиолокационного самонаведения следующие.

Так как в терминальной фазе перехвата ракета находится гораздо ближе к цели, чем объект-носитель или станция наведения, сопровождение цели активной головкой самонаведения оказывается более точным и более защищённым от средств электронного противодействия. ракеты с активным самонаведением имеют наибольшую вероятность поражения цели, наряду с системами, использующими сопровождение через ракету.
Так как в терминальной фазе перехвата ракета полностью автономна, объект-носитель избавлен от необходимости отслеживать движение цели и ракет до момента перехвата и может переключить внимание на другую цель или выйти из зоны перехвата. Эта способность самонаводящихся ракет часто называется «пустил и забыл» и является серьёзным преимуществом ракет «воздух-воздух» перед своими предшественницами.

Активное радиолокационное самонаведение имеет три существенных недостатка:

Размещение на ракете автономного радиолокатора требует увеличения габаритов, сложности и стоимости ракеты. Дорогостоящее оборудование, размещённое на ракете, является одноразовым, так как разрушается при подрыве боевой части.
Использование активного радара демаскирует ракету, предупреждая противника об атаке и давая ему время, чтобы предпринять ответные действия.
Ракеты с активным самонаведением теряют эффективность с приближением к цели.

Инфракрасная головка самонаведения

Инфракрасная головка самонаведения (Тепловая головка самонаведения, ТГС; англ. Heatseeker) — головка самонаведения, работающая на принципе улавливания волн инфракрасного диапазона, излучаемых захватываемой целью. Представляет собой оптико-электронный прибор, предназначенный для идентификации цели на окружающем фоне и выдачи в автоматическое прицельное устройство (АПУ) сигнала захвата, а также для измерения и выдачи в автопилот сигнала угловой скорости линии визирования.

Оптическая система, представляющая собой зеркально-линзовый объектив, установленный на роторе гироскопа и вращающийся вместе с ним, собирает тепловую энергию, излучаемую целью, в фокальную плоскость объектива, где расположен модулирующий диск (радиально-щелевой растр). Непосредственно за растром расположен иммерсионный приемник излучения, закрепленный на внутренней рамке карданного подвеса. Тепловой поток от цели фокусируется на растре в виде пятна. Благодаря наклону приемного зеркала при вращении ротора гироскопа пятно рассеивания «переносится» по окружности сканирования на поверхности растра. На фотоприемник падают «пачки» импульсов теплового излучения, период следования которых равен периоду вращения (огибающая частота) гироскопа. Фотоприемник преобразует импульсы теплового излучения в электрический сигнал, несущий в себе информацию о величине и направлении углового рассогласования между оптической осью объектива и линией визирования цели.

В случае, когда цель находится на оптической оси объектива, центр окружности сканирования пятна рассеивания совпадает с центром растра. При появлении углового рассогласования (Д=0) центр окружности сканирования смещается относительно центра растра в плоскости рассогласования. Возникает Частотная девиация несущей частоты, глубина которой соответствует величине углового рассогласования, а фаза его направлению.

Сигнал с фотодетектора поступает на предусилитель (ПУ), предназначенный для согласования высокоомного выходного сопротивления фотоприемника с входом электронного тракта ТГС и предварительного усиления сигнала. Далее сигнал поступает на усилитель несущей частоты (УН), представляющий собой усилитель-ограничитель с полосой пропускания, определяемой диапазоном девиации частоты. С выхода усилителя несущей частоты сигнал поступает на вход частотного дискриминатора, являющегося звеном, чувствительным к изменению частоты входного сигнала, и далее на амплитудный детектор, который выделяет огибающую на частоте вращения гироскопа. Затем сигнал поступает на вход усилителя коррекции, представляющего собой резонансный усилитель, настроенный на частоту вращения гироскопа. Усилитель коррекции, являющийся усилителем мощности, питает катушки коррекции статора, представляющие собой соленоид, внутри которого вращается постоянный магнит—ротор гироскопа. В установившемся режиме частота коррекционного тока равна частоте вращения гироскопа. Амплитуда и фаза тока коррекции определяют величину и направление вектора момента коррекционной системы.

Для раскрутки гироскопа и поддержания постоянной частоты его вращения в ТГС имеется система раскрутки и стабилизации оборотов. Необходимость стабилизации оборотов вызвана тем, что помимо составляющих от моментов трения в подшипниках вращения, моментов, обусловленных ЭДС самоиндукции и т. д., возникают моменты, тормозящие или разгоняющие гироскоп; эти моменты зависят от углов пеленга, величины и направления скорости прецессии. Принцип действия системы раскрутки и стабилизации изложен ниже.

Четыре датчика положения катушки обратной связи (КОС) и четыре катушки вращения (КВ) (моторные обмотки) симметрично расположены по периметру статора. КОС попарно запитаны от высокочастотного генератора. В исходном состоянии на одной из КОС какой-либо пары имеется напряжение, достаточное для отпирания электронного ключа, пропускающего ток в соответствующую КВ. Магнит гироскопа начинает втягиваться в электромагнитное поле данной КВ. При этом следующая по направлению вращения магнита КОС выдает отпирающий импульс для последующей КВ, которая будет втягивать магнит в своё электромагнитное поле. Гироскоп набирает номинальные обороты за время менее 10 с. Режим стабилизации частоты вращения гироскопа обеспечивается уменьшением силы тока подмагничивания КОС, сопровождающегося уменьшением амплитуды напряжения, снимаемого с КОС; при этом отпирающие импульсы становятся более узкими и разгон прекращается.

Согласно исследованию, проведённому корпорацией «Нортроп Грумман» в 1990-х гг. из общего числа летательных аппаратов всех типов, гражданских и военных, любой страновой принадлежности, сбитых в период 1958—1992 гг. (от постановки на вооружение первой серийной УРВВ с ИКГСН «Файрстрик» до окончания Холодной войны) 80 % было сбито ракетами с ИКГСН и 20 % ракетами с радиолокационным наведением, что подтверждается собственной статистикой потерь ВМС и ВВС США

Ультрафиолетовая головка самонаведения

Ультрафиоле́товая голо́вка самонаведе́ния (ГСН) — техническое устройство, предназначенное для наведения метательного снаряда на цель на основе пространственного распределения ультрафиолетового излучения.

Принцип работы ультрафиолетовой головки самонаведения аналогичен принципу работы инфракрасной ГСН, при том отличии, что используются волны значительно меньшей длины. Это позволяет распознавать значительное количество тепловых ловушек для ИК-наводящихся ракет, однако уменьшает дальность обнаружения/захвата цели и вводит зависимость от погодных условий.

Систем, подтверждённо способных эффективно противодействовать ультрафиолетовым головкам самонаведения, в настоящее время не существует, что во многом обусловленно ограниченностью применения ультрафиолетовых ГСН.

Инфракрасные ГСН IV поколения позволяют так же эффективно, как и ультрафиолетовые, распознавать тепловые ловушки и при этом не обладают их недостатками. Это уменьшает привлекательность ультрафиолетовых ГСН для разработчиков военной техники. Единственным используемым ПЗРК с ультрафиолетовой ГСН остаётся FIM-92 Stinger