Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю формування і обробки зображення ла для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи

Реферат: Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю формування і обробки зображення літального апарата (ЛА) для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|"0"), схеми "і", лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі сигналу похибки, виконавчі механізми, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу та а - введення опорного сигналу з частотою ΔνΜ від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА. При цьому додатково введено апаратуру обміну даними. UA 117465 U (12) UA 117465 U UA 117465 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до галузі електрозв'язку і може бути використана для побудови передавальної частки мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи (МСЛВС). Відомий "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю формування і обробки зображення ЛА для комбінованої лазерної системи" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів (СПМ БРК), блок дефлекторів (БД), передавальну оптику (ПРДО), оптикоелектронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), модифікований інформаційний блок (МІБ), резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори (Дет), фільтри (Ф), формувачі імпульсів (ФІ), тригери ("1"|"0"), схеми "і" ("І"), лінії затримки (ЛЗ), лічильники (Лч), цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП), фільтри нижніх частот (ФНЧ), підсилювачі сигналу похибки (ПСП), виконавчі механізми (ВМ), електронну обчислювальну машину (ЕОМ) та а - введення опорного сигналу з частотою Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових (тангенціальних) швидкостей літального апарата (ЛА). Недоліком відомого каналу є те, що він не забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщується суміщена приймально-передавальна апаратура та виконавчі механізми по кутах азимута α і місця β. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип є "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю формування і обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|"0"), схеми "і", лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі сигналу похибки, виконавчі механізми, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу (ГСП) та а - введення опорного сигналу з частотою Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових (тангенціальних) швидкостей ЛА. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не здійснює обмін інформацією за радіоканалом з центральним командним пунктом (ЦКП). В основу корисної моделі поставлена задача створити канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю формування і обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, який дозволить здійснювати багатоканальний (Ν) інформаційний взаємозв'язок з ЛА на частотах міжмодових биттів 9Δνм … ΝΔνмn, стійке кутове автоматичне супроводження при одночасному вимірюванні кутів азимута α і місця β у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей під час проведення випробувань ЛА у нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань, дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і ВМ по кутах азимута α і місця β, обмін інформацією зі споживачами ЦКП та, в разі необхідності, формування і обробку його зображення. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал-прототип, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптикоелектронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|"0"), схеми "і", лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі сигналу похибки, виконавчі механізми, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу та а - введення опорного сигналу з частотою Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових (тангенціальних) швидкостей ЛА, додатково введено апаратуру обміну даними (АОД). 1 UA 117465 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю формування і обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи пов'язана з використанням одномодового богаточастотного з синхронізацією подовжніх мод випромінювання єдиного лазера-передавача, частотно-часового методу (ЧЧМ) вимірювання [3], OEM та АОД. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає у стійкому кутовому автосупроводженні ЛА при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута і місця у широкому діапазоні дальностей, багатоканальному інформаційному взаємозв'язку з ним на частотах міжмодових биттів, здійсненні об'єктивного контролю, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, забезпеченні просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і виконавчі механізми, обміну інформацією зі споживачами та, в разі необхідності, формуванні і обробки його зображення. На фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: а введення опорного сигналу з частотою Δνм (3Δνм) віл лазера-передавача; б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових (тангенціальних) швидкостей ЛА; І - вимірювальний сигнал; II інформаційний сигнал та сигнал з просторовою модуляцією поляризації; III - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах. На фіг. 2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування 4-ма діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання (ЛВ) в ортогональних площинах. На фіг. 3 приведено створення лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації. На фіг. 4 приведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу. На фіг. 5 приведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу, які визначають полярність, де: а) - для визначення знаку «+»; б) - для визначення знаку «-». На фіг. 6 приведено кут відхилення ЛА від РСН відносно МСВС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю формування і обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів 4, блок дефлекторів 5, передавальну оптику 6, оптико-електронний модуль 7, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику 8, фотодетектор 9, широкосмуговий підсилювач 10, модифікований інформаційний блок 11, резонансні підсилювачі 12, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори 13, фільтри 14, формувачі імпульсів (ΦΙ 1-15, ΦΙ 2-16), тригери ("1"|"0") 17, схеми "і" 18, лінії затримки 19, лічильники 20, цифро-аналогові перетворювачі 21, фільтри нижніх частот 22, підсилювачі сигналу похибки 23, виконавчі механізми 24, електронну обчислювальну машину 25, гіростабілізовану платформу 26, апаратуру обміну даними 27 та а - введення опорного сигналу з частотою Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових (тангенціальних) швидкостей ЛА. Робота запропонованого каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю формування і обробки зображення ЛА для мобільної лазерної суміщеної вимірювальної системи полягає у наступному. Зі спектра випромінювання одномодового багаточастотного з синхронізацією подовжніх мод лазера-передавача (Лн) за допомогою СПМ БРК виділяються необхідні пари частот для створення: - багатоканального (Ν) інформаційного зв'язку, за умови використання сигналів комбінацій подовжніх мод (на різницевій частоті міжмодових биттів Δν101=ν10-ν1=9Δνм, … ΝΔνмn); РСН на основі формування сумарної ДС ЛВ, завдяки 4-м парціальним діаграмам спрямованості, що частково перетинаються, за умови використання комбінацій подовжніх мод ("підфарбованих" різницевими частотами міжмодових биттів) Δv54=v5-v4=Δνм, Δv97=v9-v7=2Δνм, Δv63=v6-v3=3Δνм, Δv82=v8-v2=6Δνм; - лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з двох подовжніх мод (несучих частот νn1, vn2)· Лазерний сигнал, який складений з частот міжмодових биттів ΝΔνмn, минаючи БД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від МІБ та формує багатоканальний (Ν) інформаційний сигнал, що передається ЛА (створення взаємозв'язку) (фіг. 1, 2). За допомогою СПМ БРК та МІБ створюються два лазерні сигнали з просторовою модуляцією поляризації шляхом розведення лазерного випромінювання (кожної несучої частоти 2 UA 117465 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 νn1 і vn2) на два промені з поворотом площини поляризації на кут 90° в одному з них (vn1a, vn1б, і vn2a, vn2б, фіг. 2, 3). При цьому випромінювання апертури першого і другого каналів в апертурній площині U0V рознесені на відстані р. Різність ходу пучків до картинної площин ЛА Х0У змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цим різність фаз між поляризованими компонентами, що ортогональні, поля у картинній площині також змінюється від точки до точки. В залежності від різниці фаз у картинній площині змінюється вигляд поляризації сумарного поля сигналу, що зондує від лінійної через еліптичну і циркулюючу до лінійної, ортогональної до початкової і т.д. Період зміни вигляду поляризації визначається базою між випромінювачами ρ та відстанню до картинної площині R. Розподіл інтенсивності в реєстрованому зображенні ЛА промодульовано по гармонійному закону з коефіцієнтом модуляції, дорівнює значенню ступеня поляризації випромінювання, що відбито, в даній ділянці поверхні ЛА. Водночас імпульсний лазерний сигнал (вимірювальний) частот міжмодових биттів Δνм, 2Δνм, 3Δνм та 6Δνм надходить на БД, що складається з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС ЛВ попарно зустрічно сканують БД у кожній з двох ортогональних площин (фіг. 1, 2). Період сканування задається БКД, який разом з Лн живляться від керуючого елемента. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот v5,v4=Δνм, v9,v7=2Δνм, v6,v3=3Δνм та v8,v2=6Δνм фокусується в скановані точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС ЛВ у кожній з двох ортогональних площин α і β (X і У). При цьому груповий (інформаційний) лазерний сигнал частот 9Δνм … ΝΔνмn, лазерні сигнали з просторовою модуляцією поляризації (vn1a, vn1б, і vn2a, vn2б) та комбінований сигнал проходять вдовж РСН (фіг. 2). При відбитті лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від поверхні ЛА змінюються амплітудні і фазові співвідношення між ортогонально поляризаційними компонентами, параметри їх поляризаційні і, відповідно, комплексні коефіцієнти когерентності відбитого поля. Просторовий розподіл поляризаційних характеристик такого відбитого сигналу по зміні контрасту модуляційної структури зображення несе також інформацію про типи матеріалів у складі поверхні ЛА, їх характеристики тощо, тому у модифікованому інформаційному блоці здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Прийняті ПРМО від ЛА, відбиті в процесі сканування 4-ох ДС ЛВ, лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигнали ДС ЛВ за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП, вони розподіляються: - в МІБ для обробки інформації (9Δνм від … ΝΔνмn), яка приймається від ЛА і відбитих лазерних сигналів з просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від поверхні ЛА; - по РП, що настроєні на відповідні частоти Δνм від, 2Δνм від, 3Δνм від, 6Δνм від. Імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП Δνм і РП 2Δνм формують сигнал похибки по куту α, а РП 3Δνм і РП 6Δνм - по куту β. Формування сигналу похибки по куту α полягає у наступному. Введення імпульсного сигналу (а) з опорного каналу Δνм, перетвореного ФІ1 у "пачки" опорних імпульсів на частоті Δνмn, надходить на схему "І". Виділений і посилений імпульсний сигнал з ΡΠΔνм від частоти міжмодових биттів Δνм від (фіг. 4, 5) детектується Дет у вигляді огинаючої сигналу, що змінюється за законом руху ДС ЛВ і, після проходження Ф, перетворюється у ФІ2 у точках переходів періодів сканування в імпульси (один імпульс за період сканування) та надходить на тригер "1", перекидуючи його. У цей же час, виділений і посилений РП 2Δνм від, імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів 2Δνм від детектується, виділяючи огинаючу сигналу, що змінюється за таким же законом і, проходячи Ф, перетворюється у ФІ2 у точках переходів періодів коливань в імпульси (один імпульс за період сканування) та надходить на тригер "0", встановлюючи його у вихідний стан. Задача виміру часового інтервалу у схемі "І" із заданою точністю полягає у встановленні критерію початку і кінця відліку часового інтервалу по визначених характеристиках значення імпульсних сигналів, що надходять на входи схеми "І". У зв'язку з тим, що передній фронт імпульсу досить малий у порівнянні з дозволом, що вимагається за часом, характерними значеннями сигналу, що визначають початок і кінець відліку часового інтервалу є граничне значення Uп, (порогове значення напруги) (фіг. 4). Завдяки періодичному за цикл сканування відкриттю і закриттю тригером схеми "І", регулюється проходження імпульсів у схемі "І" від ФІ1, тобто відбувається виділення "пачок" імпульсів, число яких пропорційно куту відхилення ЛА від РСН (фіг. 5, 6). Підраховані лічильником імпульси перетворюються ЦАП у аналоговий сигнал похибки з необхідним знаком, що змішується у ФНЧ з імпульсним сигналом від каналу кутових швидкостей ЛА (б) для уточнення похибки збігу по кутах. 3 UA 117465 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Завдяки обліку вимірювальної інформації від каналу кутових швидкостей (б) у ФНЧ усуваються динамічна і флуктуаційна похибки фільтрації. Отриманий сигнал, відфільтрований у ФНЧ і посилений підсилювачем сигналу похибки, відпрацьовується за допомогою виконавчого механізму (α), надходить від ПСПα на вхід ЕОМ та виділяється в ній у вигляді числа, пропорційного вимірюваному куту азимута α. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то на схему "І" першим надходить імпульс з ФІ2 міжмодової частоти Δνм від, а на тригер надходить другим імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2Δνм від (фіг. 1, 4-6). На схему "І" від тригера подається строб, тривалість якого пропорційна відхиленню ЛА від РСН. Цей часовий інтервал виміряється методом рахунку імпульсів частоти міжмодових биттів Δνм. Оскільки тривалість строба залежить лише від величини відхилення ЛА від РСН, а не від сторони відхилення, маємо схему визначення полярності сигналу похибки («+» або «–»). Якщо ЛА буде розташований нижче РСН, то першим надійде імпульс від ФІ2 з каналу 2Δνм від, а другим - з каналу Δνм від. Визначення знаку «+» або «-», або сторони відхилення ЛА від РСН полягає у наступному (фіг. 1; 5 а, б). Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то імпульс 1 від каналу Δνм від випереджає імпульс 2 каналу 2Δνм від (фіг. 1,5 а). Оскільки строб від тригера затримується на час, що перевищує тривалість імпульсу 1 (або 2), то схема збігів "І" не спрацьовує, тому що імпульс 1 не збігається в часі з даним стробом. Знак сигналу похибки по куту α залишається позитивним («+»). Якщо ЛА знаходиться нижче РСН, то імпульс 1 відстає від імпульсу 2, тому він збігається в часі зі стробом (фіг. 5 б). Схема "І" спрацьовує і змінює знак («-» або полярність) напруги сигналу похибки по куту α. Імпульс зі схеми "І" подається на знаковий розряд лічильника імпульсів з частотою Δνм. Число імпульсів у лічильнику пропорційно куту відхилення α від РСН. Форматування сигналу похибки по куту β відбувається таким же чином, як для сигналу похибки по куту α. Виконавчі механізми ВМα і ΒΜβ розвертають приймально-передавальну платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН запропонованого каналу, тобто на РСН сумарної ДС лазерного випромінювання. Оптико-електронний модуль постійно здійснює у денних і нічних умовах у видимому та інфрачервоному діапазонах спостереження за ЛА, який супроводжується. Відображення інформації, що приймається (передається) від ЛА, об'єктивний контроль та обробка (вимірювання) кутів азимута α і місця β відбувається в ЕОМ. Для збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, в пам'яті ЕОМ використовується база даних - сукупність взаємопов'язаних даних, організованих у відповідності до схеми даних таким чином, щоб з ними міг працювати користувач. Підвищення швидкості обробки інформації, яка надходить на ЕОМ здійснюється за рахунок використання технології синтезу часу параметризованих паралельних програм. Видача інформації, яка отримана під час проведення випробувань ЛА, споживачам (на ЦКП) та отримання додаткової інформації від керівництва здійснюється за допомогою апаратури обміну даними за радіоканалом. Гіростабілізована платформа забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи каналу, на якій розміщена суміщена приймально-передавальна апаратура та ВМ по кутах азимута α і місця β. Формування сумарної ДС лазерного випромінювання, створення РСН, інформаційного каналу і лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації для каналу, що пропонується, пов'язано із задоволенням жорстких вимог, що пред'являються до спектра випромінювання одномодового багаточастотного лазера-передавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. Кількість інформаційних каналів (Ν) залежить від кількості мод (νn), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ: 1. Патент на корисну модель № 99126, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю формування і обробки зображення ЛА для комбінованої лазерної системи /О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201410604; заяв. 29.09.2014; опубл. 25.05.2015; Бюл. № 10. - 8 с. 2. Патент на корисну модель № 105333, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот 4 UA 117465 U 5 міжмодових биттів та можливістю формування і обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи /О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201509963; заяв. 12.10.2015; опубл. 10.03.2016; Бюл. № 5. - 7 с. 3. Патент на корисну модель № 55645, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Частотночасовий метод пошуку, розпізнавання та вимірювання параметрів руху літального апарату /О.В. Коломійцев - № u201005225; заяв. 29.04.2010; опубл. 27.12.2010; Бюл. № 24. - 14 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю формування і обробки зображення літального апарата (ЛА) для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|"0"), схеми "і", лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі сигналу похибки, виконавчі механізми, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу та а - введення опорного сигналу з частотою ΔνΜ від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових (тангенціальних) швидкостей літального апарата, який відрізняється тим, що додатково введено апаратуру обміну даними. 5 UA 117465 U 6 UA 117465 U 7 UA 117465 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8