Оптико-электронные следящие и прицельные системы

Оптико-электронные следящие и прицельные системы

А.Г. Барский

Оптико-электронные 
следящие и прицельные 
системы

Издание второе, переработанное и дополненное

Рекомендовано Учебно-методическим объединением 
по образованию в области приборостроения и оптотехники 
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся по направлению «Оптотехника» 
и специальности «Оптико-электронные приборы и системы»

Москва ● ЛОГОС ● 2020

УДК 535
ББК 32.965.8
 
Б26

Серия основана в 2003 г.

Рецензенты
В.Л. Левшин, доктор технических наук, профессор
Ю.М. Климков, доктор технических наук, профессор, 
заслуженный работник высшей школы

Б26 

Барский А.Г.

 
Оптико-электронные следящие и прицельные системы: учеб. пособие / А.Г. Барский. – М.: Логос, 2020. –  248 с. (Новая университетская библиотека).

ISBN 978-5-98704-717-0

Изложены теория, методы расчета и проектирования оптико-электронных следящих линейных и нелинейных систем, широко используемых при решении различных задач в области управления, прежде всего 
в военной технике. Даны методы их анализа и синтеза, учитывающие 
специфику систем пространственного слежения с модуляцией. Особое 
внимание уделено получению инженерных зависимостей для параметров звеньев систем с точки зрения обеспечения оптимальности их 
характеристик. Оптико-электронные прицельные системы освещаются на примере базовой конфигурации, разработанной для истребителя 
СУ-27. Рассмотрены основные задачи и характеристики этих систем, 
элементная база, принципы проектирования и работы в различных 
режимах.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Оптотехника» и специальности «Оптико-электронные приборы и системы». Может быть полезна специалистам, занимающимся 
разработкой оптико-электронных следящих и прицельных систем.

УДК 535
ББК 32.965.8

ISBN 978-5-98704-717-0 
 © Барский А.Г., 2020
 ©   Логос, 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ..................................................................................................9

Часть I. Линейные оптико- электронные следящие системы ..........15

Глава 1. Задача управления объектом при наведении на цель ...........17

1.1. Системы управления с самонаведением. Методы наведения 
объекта на цель ...................................................................................17

1.2. Структурная схема системы самонаведения ......................................22

Глава 2. Оптико- электронная следящая система как система 
слежения за целью ..................................................................................25

2.1. Структурная схема ОЭСС. Назначение и характеристики 
звеньев системы ..................................................................................25

2.2. Динамические параметры ОЭСС. Определение требований 
к коэффициенту усиления системы ...................................................35

2.3. Влияние возмущений на динамические параметры ОЭСС ..............38

Глава 3. Гироскопические устройства, используемые 
в оптико- электронных следящих системах .......................................42

3.1. Гироскопы. Основные понятия и определения .................................42

3.2. Закон прецессии .................................................................................48

3.3. Гироскопический момент ...................................................................53

3.4. Гиростабилизаторы. Основные понятия и определения ...................56

3.5. Устройство, принцип действия, уравнения движения 
и передаточные функции двухосного гиростабилизатора 
с силовой разгрузкой ..........................................................................62

Оглавление
6

Глава 4. Синтез корректирующих устройств, обеспечивающих 
устойчивость системы. ОЭСС – измеритель угловой 
скорости линии визирования ...............................................................71

4.1. Аналитический метод синтеза корректирующих устройств. 
Расчет корректирующего устройства ОЭСС .....................................71

4.2. Графический метод синтеза корректирующих устройств .................80

4.3. ОЭСС как измеритель угловой скорости линии визирования 
цели .....................................................................................................84

Глава 5. Оптико- электронные двухканальные системы 
пространственного углового сопровождения движущихся 
объектов ....................................................................................................89

5.1. Двухканальные системы с идентичными каналами 
и антисимметричными перекрестными связями ..............................89

5.2. Двухканальные системы с модуляцией и широкополосным 
электронным трактом. Устойчивость ОЭСС и управление 
оптической осью в пространстве .......................................................95

5.3. Двухканальные системы с модуляцией и узкополосным 
электронным трактом. Устойчивость систем ..................................107

Часть II. Нелинейные оптико- электронные следящие системы ....119

Глава 6. Приближенный метод исследования нелинейных 
систем ......................................................................................................121

6.1. Метод гармонического баланса ........................................................121

6.2. Гармонические коэффициенты усиления типовых 
нелинейностей. Примеры определения автоколебаний 
в нелинейных системах ....................................................................130

6.3. Нелинейная система при наличии управляющего воздействия .....138

6.4. Устойчивость периодического решения ..........................................141

Глава 7. Нелинейные оптико- электронные двухканальные 
системы углового сопровождения движущихся объектов ...........146

7.1. Двухканальные следящие системы с двумерными 
нелинейностями общего вида ..........................................................146

7.2. Оптико- электронные следящие системы с нелинейным 
модулятором .....................................................................................151

7.3. Оптико- электронные следящие системы с нелинейностями 
в каналах двухканальной части контура ..........................................156

Оглавление
7

7.4. Синтез корректирующих устройств в нелинейных 
двухканальных системах по заданным требованиям 
к параметрам периодического режима ............................................163

7.5. Моделирование оптико- электронных систем .................................168

Часть III. Оптико- электронные прицельные системы ...................175

Глава 8. Описание оптико- электронной прицельной системы ......177

8.1. Назначение и основные требования к системе, состав и ее 
структурная схема .............................................................................177

8.2. Органы управления оптико- электронной прицельной системы. 
Работа летчика ..................................................................................180

Глава 9. Оптико- локационная станция ................................................187

9.1. Назначение и технические характеристики станции ......................187

9.2. Структурная схема станции, назначение ее звеньев и узлов ...........188

9.3. Функциональная схема станции. Характеристики звеньев 
и узлов ...............................................................................................191

9.4. Модулятор следящего теплопеленгатора .........................................195

9.5. Лазерный дальномер .........................................................................198

9.6. Режимы работы станции...................................................................201

Глава 10. Нашлемная система целеуказания .......................................211

10.1. Назначение, структурная схема и размещение НСЦ 
на самолете. .......................................................................................211

10.2. Функциональная схема системы. Назначение, принцип 
действия и устройство ее блоков ......................................................214

10.3. Определение азимутальных угловых координат излучающих 
диодов в системе координат оптико- локационных блоков ............220

10.4. Порядок работы летчика с нашлемной системой целеуказания 
перед полетом. Встроенный контроль .............................................223

Глава 11. Режимы работы оптико- электронной прицельной 
системы в дальнем ракетном бою .....................................................225

11.1. Режим обзора воздушного пространства и обнаружения цели .....225

11.2. Режим автоматического захвата и сопровождения цели 
из режима обзора ..............................................................................227

11.3. Режим ручного захвата и сопровождения цели из режима 
обзора ................................................................................................231

Оглавление
8

Глава 12. Режимы работы оптико- электронной прицельной 
системы в ближнем воздушном бою при визуально- 
наблюдаемой цели и по наземным целям .......................................235

12.1. Режим захвата цели при выдаче целеуказания 
с использованием нашлемной системы целеуказания – режим 
«Шлем» ..............................................................................................235

12.2. Режим захвата цели при выдаче целеуказания 
с использованием ручного стробирования цели – режим 
«Оптика» ...........................................................................................237

12.3. Режим захвата цели с использованием оптико- локационной 
станции – режим «Вертикаль» .........................................................239

12.4. Режим работы оптико- электронной прицельной системы 
по наземным целям – режим «Земля» .............................................241

Список литературы ..................................................................................243

ПРЕДИСЛОВИЕ

Среди оптико- электронных приборов и систем можно выделить 
довольно большой класс оптико- электронных следящих систем 
(ОЭСС), широко используемых при решении различных задач в области управления, и прежде всего в военной технике (следящие теплопеленгаторы, тепловые головки самонаведения ракет различных 
классов и др.).
Оптико- электронные системы автоматического сопровождения 
движущихся целей позволяют получать непрерывную информацию 
об угловых координатах цели, а также определять угловую скорость 
линии визирования. Эти системы наиболее сложные, так как объединяют системы обнаружения координат со следящим приводом, 
образуя замкнутую систему автоматического управления.
Этот класс оптико- электронных систем обладает определенной 
спецификой, выделяющей их среди систем автоматического регулирования. Прежде всего ОЭСС – это системы пространственного 
слежения, которые в отличие от обычных (одномерных) следящих 
систем имеют два канала слежения за целью – в горизонтальной 
и вертикальной плоскостях, т.е. являются двухканальными (двумерными) системами.
Как правило, в ОЭСС модулируется принимаемый сигнал, что 
структурно приводит к сочетанию одноканального участка переменного тока с двухканальной частью. При определенных условиях данные системы могут содержать нелинейные элементы, что еще более 
усложняет задачу проектирования и исследования.
К числу особенностей оптико- электронных автоматических систем следует также отнести то, что они устанавливаются, как правило, 
на подвижном основании (на корабле, самолете, ракете). Это приводит к необходимости стабилизации оптической оси системы, т.е. 
к «развязке» оптической оси от колебаний основания. Эту задачу, 
совместно с задачей обеспечения пространственного углового перемещения оптической оси, с успехом выполняют гироскопические 
устройства, используемые в ОЭСС в качестве привода.
Указанная специфика приводит к возникновению ряда новых, 
в сравнении с одномерными системами, явлений и эффектов и обуславливает необходимость разработки и применения специальных