CC BY
9
2. Дмитриев Н.А., Мешков В.А., Скляренко Л.А. Конструкции и расчет противотанковых средств ближнего боя: учебник. Пенза: ПВАИУ, 1986. 362 с.
3. Никулин Е.Н., Руссков В.Ф., Чубасов В.А. Гранатометы. Основы устройства и проектирования: учеб. пособие. СПб.: Изд-во МВАА, 2006. 148 с.
4. РПГ-29 Вампир - достойный потомок знаменитого РПГ-7. [Электронный ресурс] URL: http://www.arbalet-in.ru (дата обращения: 01.03.2023).
5. Изделие 1ПН93-2. Руководство по эксплуатации АЛ3.812.222 РЭ.
6. Прицел-дальномер снайперского оружия. Руководство по эксплуатации АЭП 37.11.116 РЭ.
Савченко Федор Анатольевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Пенза, Пензенский артиллерийский инженерный институт,
Алкаддур Самир, адъюнкт, [email protected], Россия, Пенза, Пензенский артиллерийский инженерный институт,
Минаков Евгений Иванович, д-р техн. наук, профессор, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Земцова Ольга Григорьевна, канд. техн. наук, доцент, Россия, Пенза, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства,
Елистратова Анна Григорьевна, старший преподаватель, Россия, Пенза, Пензенский государственный университет
AN APPROACH TO SPECIFY A TECHNIQUE FOR ASSESSMENT OF FIRE EFFICIENCY OF CLOSE COMBAT
RECOILLESS WEAPON
Ananalysis of closecom batrecoilless weapon sandaiming equipment wasmade. An approach was suggested to substantiate technical parameters of electro-optical aiming equipment. A technique was specified to calculate the hitting probability of a rocket-propelled grenade.
Key words: assessment of efficiency, close combat recoilless weapons, aiming equipment, discharge errors, hitting probability.
Savchenko Fedor Anatolyevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Penza, Penza Artillery Engineering Institute,
Alkadur Samir, docent, [email protected], Russia, Penza, Penza Artillery Engineering Institute,
Evgeny Ivanovich Minakov, doctor of technical sciences, professor, Russia, Tula, Tula State University,
Zemtsova Olga Grigoryevna, candidate of technical sciences, docent, Penza, Russia, Penza State University of Architecture and Construction,
Elistratova Anna Grigoryevna, senior lecturer, Russia, Penza, Penza State University
УДК 623.4
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-174-175
НЕКОНТАКТНЫЕ ВЗРЫВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Ф.Ф. Плескавецкий, С.А. Куканов, М.С. Воротилин, А.С. Ишков
Рассмотрены результаты анализа применения алгоритма функционирования доплеровского неконтактного взрывательного устройства с переключаемой девиацией несущей частоты для повышения вероятности его срабатывания в заданном интервале высот. Приведены численные примеры и показана перспективность подобных подходов.
Ключевые слова: модель, взрыватель, устройство, доплеровский сигнал.
Одним из самых распространённых алгоритмов обработки сигнала для неконтактных взрывательных устройств (НВУ), предназначенных для работы по поверхности, является «пороговый» алгоритм. Данный принцип заключается в сравнении амплитуды сигнала, поступающего с приемопередающего модуля с наперёд заданным порогом, который выбирается опытным путём при проведении натурных испытаний разрабатываемого НВУ, а также на основании полученного опыта в процессе натурных испытаний предыдущих НВУ. Основными дестабилизирующими факторами, влияющими на диапазон изменения уровня сигнала на входе тракта обработки, а следовательно -на высоту срабатывания НВУ, являются:
- коэффициент отражения сигнала от подстилающей поверхности;
- разброс чувствительности НВУ (технологический, температурный).
174
Основным техническим решением, позволяющим уменьшить разброс высот срабатывания, является введение частотной модуляции несущей частоты. Известно, что при монохромном излучении зависимость амплитуды
отражённого сигнала от высоты близка к закону д, где Н - высота, А - условный коэффициент, показывающий воз-
н
можный диапазон изменения уровня сигнала на входе тракта обработки, который зависит от коэффициента отражения и чувствительности НВУ. Таким образом, минимальная высота срабатывания будет соответствовать сочетанию минимальных значений коэффициента отражения и чувствительности, а максимальная высота будет соответствовать сочетанию максимальных значений данных параметров. В данном случае изменение высоты срабатывания будет пропорционально изменению значения коэффициента А.
При введении частотной модуляции по пилообразному закону зависимость амплитуды отражённого сигнала от высоты имеет следующий вид:
иотр = , (1)
где: Аш — давиация частоты, г — время распространения сигнала до поверхности и обратно, п — номер гармонической составляющей, на которой производится обработка сигнала [1].
д
На рис. 1 представлены графики модуля зависимости (1), при Аи/=15 МГц, Ам/=10 МГц при п=0 и —.
н
Данное выражение также называют функцией селекции по высоте. Как видно из рисунка, при частотной модуляции происходит подавление амплитуды сигнала на высотах выше 10м, что снижает вероятность срабатывания НВУ на высоте выше 10 м, по сравнению с монохромным излучением.
оски)
1
V
\
то
N
\
7
Л.ООО 8.Ц00 15.000 16.000 жиоо
Рис. 1. Функция селекции по высоте при разных значениях девиации частоты и зависимость!/!!
На рис. 2 изображена функциональная схема доплеровского НВУ, использующего пороговый принцип определения высоты где:
- ППМ - приёмопередающий модуль, предназначенный генерирования и излучения зондирующего сигнала, приёма сигнала, отражённого от поверхности, а также выделения рабочего сигнала (доплеровской частоты), полученного в результате взаимодействия зондирующего сигнала с подстилающей поверхностью;
- УРЧ - усилитель рабочих (доплеровских) частот;
- КРК - компаратор рабочего канала, предназначен для сравнения амплитуды рабочего сигнала с заданным порогом;
- СЧ - схема счётчика периодов, предназначена для счёта количества периодов рабочего сигнала, амплитуда которых превышает заданный порог;
- ИК - исполнительный каскад;
- МОД - модулятор, генератор пилообразного напряжения, предназначенный для формирования частотно модулированного излучения;
- УПЧ - усилитель помеховых частот, предназначен для усиления «помеховой» полосы частот;
- КПК - компаратор помехового канала, предназначен для сравнения сигнала помехи с заданным порогом.
При сближении с подстилающей поверхностью на выходе приёмопередающего модуля формируется сигнал доплеровской частоты и амплитудой, описываемой выражением (1). Данный сигнал может быть упрощённо описан следующим выражением (где Л - длина волны):
/Л)
Ус(Я) =:
(2)
Рис. 2. Функциональная схема, реализующая «пороговый» алгоритм обработки сигнала
При достижении амплитудой сигнала порога компаратора рабочего канала, счётчик периодов начинает счёт количества пришедших подряд периодов сигнала и при накоплении 3 - 4 периодов выдаёт команду на исполнительный каскад. При взаимодействии помехи с излучением НВУ, на выходе приемопередающего модуля формиру-
175
ется сигнал с частотными компонентами, лежащими выше полосы рабочих частот. Эти компоненты выделяются усилителем помеховых частот. При превышении амплитуды сигнала на выходе усилителя помеховых частот порога компаратора помехового канала, происходит сброс счётчика периодов.
На рис. 3 представлен результат работы упрощённой математической модели «порогового» алгоритма. На верхней панели изображён рабочий сигнал и порог компаратора рабочего канала. На нижней панели изображён сигнал, иллюстрирующий работу счётчика периодов. Условие срабатывания наступает при достижении данным сигнала условного порога 5000. В данной модели учитывается зависимость амплитуды отражённого сигнала от высоты, при девиации частоты равной 15 МГц, работа компаратора рабочего канала и работа счётчика периодов, а также значение условного коэффициента А. Порог компаратора рабочего канала выбран таким образом, чтобы при А=1 высота срабатывания имела значение около 3м. Зададим требуемый диапазон высот срабатывания от 3 до 9 метров.
Рис. 3. Результаты работы упрощённой модели «порогового» алгоритм
На рис. 4 представлены результаты моделирования в виде зависимости высоты срабатывания НВУ от значения коэффициента А. Из результатов моделирования видно, что при А>15 значение высоты срабатывания выходит за пределы требуемого интервала высот. Также можно сказать, что высота срабатывания выходит за пределы основного лепестка функции селекции по высоте (высоты до первого нуля функции селекции) и происходит в первом «боковом» лепестке.
Предлагаемый алгоритм построен на том, что ширина лепестков и расположение нулей функции селекции по высоте зависит от значения девиации частоты. В начале работы алгоритма излучение НВУ имеет относительно малую девиацию частоты. При достижении амплитудой сигнала порога компаратора производится увеличение девиации ориентировочно на 5 - 10% от текущего значения таким образом, чтобы при новом значении девиации на этой высоте находилась бы область первого нуля функции селекции. В результате изменения девиации, амплитуда сигнала на входе тракта обработки падает. После увеличения девиации происходит проверка достижения девиацией частоты максимального значения и, в случае выполнения данного условия, при следующем достижении амплитудой сигнала порога происходит счёт периодов сигнала, как в простом пороговом алгоритме. После этого выдаётся команда на исполнительный каскад. Таким образом, условие срабатывания выполняется всегда только в основном лепестке функции селекции.
На рис. 5 представлена функциональная схема, позволяющая реализовать данный алгоритм, которая отличается от функциональной схемы порогового алгоритма введением в неё схемы управления. Данная схема выполняет функцию счетчика периодов, а также выдаёт управляющий сигнал на модулятор - для изменения девиации частоты. Схему управления целесообразно реализовать на микроконтроллере.
Рис. 4. Зависимость значения высоты срабатывания от уровня входного сигнала
Рис. 5. Функциональная схема, реализующая алгоритм с переключаемой девиацией частоты
176
Рис. 7. Зависимость значения высоты срабатывания отуровня входного сигнала при применении алгоритма с переключаемой девиацией
На рис. 6 представлен результат работы упрощённой модели данного алгоритма при Ажтт =5 МГц, Аытах =15 МГц и А=30.
На рис. 7 представлены результат моделирования работы алгоритма с переключаемой девиацией частоты в виде зависимости высоты срабатывания НВУ от значения коэффициента А. Результаты моделирования показывают, что выход значения высоты срабатывания за пределы требуемого интервала происходит при А>50. Также для обеспечения минимального значения высоты срабатывания около 3 м, как у «порогового» алгоритма, предлагаемый алгоритм требует очувствления тракта обработки сигнала в 1,5 раза (при А=1 высота срабатывания равна 0). Таким образом, сопоставляя результаты, представленные на рис. 4 и 7, можно сказать, что «пороговый» алгоритм обеспечивает высоту срабатывания в интервале от 3 (2,8) до 9 метров, при изменении уровня входного сигнала в 15 раз (от А=1 до А=15). А алгоритм с переключаемой девиацией обеспечивает высоту срабатывания в том же интервале высот при изменении уровня входного сигнала в 33 раза (от А=1,5 до А=50). Поскольку, рассматриваемый алгоритм более устойчив в большем диапазоне значений дестабилизирующих факторов, то вероятность получения высоты срабатывания в требуемом диапазоне высот, повысится. Данный алгоритм имеет большее время анализа сигнала. Следовательно, данный алгоритм потенциально будет иметь большую траекторную устойчивость.
Рассмотрим вопрос потенциальной помехозащищённости данного алгоритма, по сравнению с «пороговым» алгоритмом, а также особенности реализации модулятора. В НВУ, разработанных АО «НПП «Дельта», модулятор представляет собой генератор пилообразного напряжения, построенный на основе конденсатора, который заряжается с помощью источника стабильного тока. Так формируется нарастание пилообразного напряжения. С помощью задающего генератора и ключа через определенные интервалы времени, равные периоду модулирующего напряжения, производится разряд данного конденсатора. Так формируется обратный ход (задний фронт пилообразного напряжения). Подобный способ формирования пилообразного напряжения позволяет получить хорошую линейность «пилы», что имеет значение при формировании функции селекции по высоте. Этот способ также позволяет изменять амплитуду модулирующего напряжения, изменяя частоту задающего генератора. Таким образом, при каждом переключении девиации, будет происходить изменение частоты модулирующего напряжения.
Как было сказано выше, работа системы защиты от преднамеренных помех основана на том, что при взаимодействии излучения помехи с излучением НВУ выделяются компоненты, с частотами выше доплеровского диапазона частот, в том числе и разностные частоты между частотами спектральных составляющих излучения НВУ и частотой помехи. Такой метод, хорошо работает при взаимодействии с широкополосными помехами. При воздействии узкополосных помех, вероятность блокировки от помехи снижается. Ориентировочные частотные соотношения тракта обработки сигнала: ширина полосы пропускания усилителя помеховых частот в 20 раз шире полосы пропускания усилителя рабочих частот, частота модулирующего напряжения в 100 раз больше максимально возможной доплеровской частоты. Чувствительности рабочего и помехового каналов соизмеримы.
Рассмотрим худший случай. Пусть с излучением НВУ взаимодействует излучение АМ модулированной помехи с частотой модуляции, равной ожидаемой частоте Доплера. При этом несущая частота помехи полностью совпадает с частотой спектральной составляющей ЧМ излучения НВУ. Других характеристик излучение помехи не имеет (худший случай). В этом случае в рабочем канале выделится сигнал с частотой модуляции (разностная частота между спектральной составляющей излучения НВУ и частотой АМ помехи), а в помеховом канале сигнал, практически, не выделится. При достижении амплитуды выделенного сигнала порога компаратора рабочего канала и после накопления счётчиком 3 - 4 периодов произойдёт срабатывание НВУ.
В случае применения алгоритма с переключаемой девиацией в сочетании с описанным выше механизмом управления амплитудой модулирующего напряжения и при выделении в рабочем канале сигнала (с амплитудой, равной порогу компаратора рабочего канала) произойдёт изменение девиации частоты одновременно с изменением частоты модулирующего напряжения. Поскольку, спектральные составляющие ЧМ излучения на оси частот располагаются через интервал, равный частоте модуляции, то при изменении частоты модуляции на 10% произойдет смещение спектральных составляющих на оси частот на такую же величину. В результате, разностная частота между спектральной составляющей и частотой помехи изменится на 10% частоты модуляции. Это приведёт к выходу разностной частоты за пределы полосы пропускания рабочего канала и попаданию её в полосу пропускания помехового канала. Приведём пример: ширина рабочего канала 10кГц, ширина помехового канала 200кГц, частота модуляции 1МГц, разностная частота между помехой и спектральной составляющей 5 кГц (центр полосы рабочего канала) [1]. Изменяем частоту модуляции на 10%. Тогда спектральная составляющая ЧМ излучения сдвигается на 100кГц относительно частоты помехи. Разностная частота между помехой и спектральной составляющей становится равной 105кГц - уходит из частотной полосы рабочего канала в центр частотной полосы помехового канала. В результате этого происходит блокировка счётчика периодов. При выборе параметров данного алгоритма и трактов обработки сигнала, желательно соблюдать условие - изменение частоты модуляции (что соответствует изменению разностной частоты) должно быть соизмеримо с полосой рабочего канала. Это повысит вероятность пропадания условия срабатывания рабочего канала и появления условия блокировки в помеховом канале, через несколько переключений. А также, следует учитывать влияние «зеркального канала», так как через несколько переключений помеха будет взаимодействовать с соседней спектральной составляющей.
Вышеизложенное позволяет сделать предварительный вывод, что при соответствующей реализации, данный алгоритм потенциально более перспективен, чем классический «пороговый» алгоритм в части обеспечения требуемого интервала высот срабатывания и помехозащищенности.
Список литературы
1. Основы теории радиолокационных систем с непрерывным излучением частотно-модулированных колебаний, Комаров И.В., Смольский С.М., 2010.
Плескавецкий Феликс Феликсович, генеральный директор, соискатель, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, АО «Научно-производственное предприятие «Дельта»
Куканов Сергей Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Пенза, Филиал ВА МТО,
Воротилин Михаил Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, проректор ТулГУ, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ишков Антон Сергеевич, доцент, [email protected], Россия, Пенза, Пензенский государственный университет
NON-CONTACT EXPLOSIVE DEVICES F.F. Pleskavetsky, S.A. Kukanov, M.S. Vorotilin, A.S. Ishkov
The results of the analysis of the application of the algorithm for the operation of a Doppler non-contact explosive device with a switchable carrier frequency deviation to increase the probability of its operation in a given height interval are considered. Numerical examples are given and the prospects of such approaches are shown.
Key words: model, fuse, device, doppler signal.
Pleskavetsky Felix Feliksovich, general manager, applicant, [email protected], Russia, Saint Petersburg, JSC «Scientific and Production Enterprise «Delta»,
Kukanov Sergey Anatolyevich, candidate of technical sciences, associate professor, [email protected], Russia, Penza, Branch of VA MTO,
Vorotilin Mikhail Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, vice-rector of TulSU, Russia, Tula, Tula State University,
Ishkov Anton Sergeevich, docent, docent584@mail. ru, Russia, Penza, Penza State University
