Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи

Реферат: Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, 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 (фільтри) сигналу похибки, виконавчі механізми, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу та а - введення опорного сигналу з частотою  м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей літального апарату. Додатково введено апаратуру обміну даними. UA 120557 U (12) UA 120557 U UA 120557 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 оптикоелектронним модулем для комбінованої лазерної системи" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), модифікований селектор подовжніх мод (МСПМ), блок дефлекторів (БД), передавальну оптику (ПРДО), оптикоелектронний модуль (OEM), який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), інформаційний блок (ІБ), 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 (фільтри) сигналу похибки (ПСП), виконавчі механізми (ВМ), електронну обчислювальну машину (ЕОМ) та а - введення опорного сигналу з частотою  м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей літального апарату (ЛА). Недоліком відомого каналу є те, що він не забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщується суміщена приймально-передавальна апаратура та ВМ по кутах азимута  і місця  . Найбільш близьким аналогом до запропонованої корисної моделі є канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної вимірювальної системи [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових битті в, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|"0"), схеми "і", лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки, виконавчі механізми, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу (ГСП) та а - введення опорного сигналу з частотою  м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА. Недоліком каналу найближчого аналога 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 оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, який дозволить здійснювати точне і стійке кутове автосупроводження ЛА при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута  і місця  у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальну (N) передачу команд керування на ЛА, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей у нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, обмін інформацією зі споживачами ЦКП та дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і ВМ по кутах азимута  і місця  . Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, 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 (фільтри) сигналу похибки, виконавчі механізми, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу та а - введення опорного сигналу з частотою  м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА, згідно з корисною моделлю, додатково введено апаратуру обміну даними (АОД). Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптикоелектронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи пов'язана з використанням одномодового богаточастотного з синхронізацією подовжніх мод 1 UA 120557 U 5 10 15 20 25 30 35 40 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, багатоканальної передачі команд керування на ЛА, здійсненні об'єктивного контролю у денних і нічних умовах, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, обміну інформацією зі споживачами та забезпеченні просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймальнопередавальна апаратура і виконавчі механізми. На фіг. 1 наведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: а - введення опорного сигналу з частотою  м (3 м ) віл передавального лазера; б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей (  і   ) ЛА; І - для визначення вимірювальної інформації; II - для обробки інформації, що отримується від ЛА; III - для об'єктивного контролю. На фіг. 2 наведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування 4-мя діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання (ЛВ) в ортогональних площинах. На фіг. 3 наведені епюри напруг з виходів блоків каналу. На фіг. 4 наведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу, які визначають полярність, де: а) - для визначення знаку «+»; б) - для визначення знаку «-». На фіг. 5 наведено кут відхилення ЛА від РСН відносно МСЛВС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, модифікований селектор подовжніх мод 4, блок дефлекторів 5, передавальну оптику 6, оптико-електронний модуль 7, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику 8, фотодетектор 9, широкосмуговий підсилювач 10, інформаційний блок 11, резонансні підсилювачі 12, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори 13, фільтри 14, формувачі імпульсів (ФІ1-15, ФІ 2-16), тригери "1"|"0" 17, схеми "і" 18, лінії затримки 19, лічильники 20, цифро-аналогові перетворювачі 21, фільтри нижніх частот 22, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки 23, виконавчі механізми 24, електронну обчислювальну машину 25, гіростабілізовану платформу 26, апаратуру обміну даними 27 та а - введення опорного сигналу з частотою  м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА. Робота запропонованого каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи полягає у наступному. Зі спектра випромінювання одномодового багаточастотного з синхронізацією подовжніх мод лазера-передавача (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні частоти та їх комбінації для створення: багатоканальної (N) передачі інформації на ЛА, за умови використання сигналу з подовжніх мод (несучих частот  n ); РСН на основі формування сумарної ДС ЛВ, завдяки 4-х парціальних ДС ЛВ, що частково перетинаються, за умови використання комбінацій подовжніх мод ("підфарбованих" різницевими частотами міжмодових биттів)  54   5  4   м ,  97   9  7  2 м ,  63   6  3  3 м ,  82   8  2  6 м . Груповий сигнал, який складений з несучих частот 45 50 55  n , минаючи БД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від ІБ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається на ЛА (фіг. 1,2). Водночас сигнал частот міжмодових биттів  м ,2 м ,3 м та 6 м потрапляє на БД, який створений 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 КЕ. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот  5 , 4   м , 9 , 7  2 м , 6 , 3  3 м та  8 , 2  6 м фокусується в скановані точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС ЛВ у кожній з двох ортогональних площин   (X і У). При цьому N інформаційні сигнали проходять вдовж РСН (фіг. 2). 2 UA 120557 U 5 Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС ЛВ, лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигналів ДС ЛВ за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучій частоті і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються: - в ІБ для обробки інформації, що приймається від ЛА; - по РП, які настроєні на відповідні частоти  м , 2 м , 3 м , 6 м . При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП  м і РП 2 м формують сигнал похибки по куту  , а РП 3 м і РП 6 м - по куту Формування сигналу похибки по куту 10  . полягає у наступному. Введення імпульсного сигналу (а) з опорного каналу  м , перетвореного ФІ1 у "пачки" опорних імпульсів на частоті  м оп , надходить на схему "І". Виділений і посилений імпульсний 15 20 25 30 35 сигнал з РП  м від частоти міжмодових биттів  м від (фіг. 3, 4) 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 2 м від , імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів 2 м від детектується, виділяючи огинаючу сигналу, яка 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 вимірювання часового інтервалу в 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 начало і кінець відліку часового інтервалу є граничне значення U п (порогове значення напруги) (фіг. 3). Завдяки періодичному за цикл сканування відкриттю і закриттю Тр схеми "І", регулюється проходження імпульсів у схемі "І" від ФІ1, тобто відбувається виділення "пачок" імпульсів, число яких пропорційно куту відхилення ЛА від РСН (фіг. 4, 5). Підраховані Лч імпульси перетворюються ЦАП в аналоговий сигнал похибки з необхідним знаком, що змішується у ФНЧ з імпульсним сигналом від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА (б) для уточнення похибки збігу по кутах. Завдяки обліку вимірювальної інформації від каналу кутових швидкостей (б) у ФНЧ усуваються динамічна і флуктуаційна похибки фільтрації. Отриманий сигнал, відфільтрований у ФНЧ і підсилений ПСП, відпрацьовується за допомогою ВМ (  ), надходить від ПСП на вхід ЕОМ та виділяється в неї у вигляді числа пропорційного вимірюваному куту азимута  . Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то на схему "І" першим надходить імпульс з ФІ2 міжмодової частоти  м від , а на Тр надходить другим імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2 м від (фіг. 1, 3-5). На схему "І" від Тр подається строб, тривалість якого пропорційна 40 відхиленню ЛА від РСН. Цей часовий інтервал виміряється методом рахунка імпульсів частоти міжмодових биттів  м . 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 2 м від , а другим - з каналу  м від . 45 50 Визначення знаку «+» або «-», або сторони відхилення ЛА від РСН полягає у наступному (фіг. 1; 4 а, б). Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то імпульс 1 від каналу  м від випереджає імпульс 2 каналу 2 м від (фіг. 1,4 а). Оскільки строб від Тр 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  залишається позитивним («+»). 3 UA 120557 U Якщо ЛА знаходиться нижче РСН, то імпульс 1 відстає від імпульсу 2, тому він збігається в часі зі стробом (фіг. 4 б). Схема "І" спрацьовує і змінює знак («-» або полярність) напруги сигналу похибки по куту  . Імпульс зі схеми "І" подається на знаковий розряд Лч Імпульсів з частотою  м . Число імпульсів у Лч пропорційно куту відхилення 5 Форматування сигналу похибки по куту  від РСН.  відбувається таким же чином, як для сигналу похибки по куту  . BM  і BM розвертають приймально-передаючу платформу таким чином, щоб ЛА  10 15 20 25 30 35 40 знаходився на РСН сумарної ДС ЛВ. 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 та обробка (вимірювання) кутів азимута  і міста  відбувається у 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. Кількість інформаційних каналів (N) залежить від кількості мод (частот  n ), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. 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  і . Формування сумарної ДС лазерного випромінювання, створення РСН, інформаційного каналу для каналу, що пропонується, пов'язано із задоволенням жорстких вимог, які пред'являються до спектра випромінювання одномодового багаточастотного лазерапередавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель №101411, Україна, MПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем для комбінованої лазерної системи / О.В. Коломійцев, I.I. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201502604; заяв. 23.03.2015; опубл. 10.09.2015; Бюл. № 17.-7 с. 2. Патент на корисну модель №111455, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної вимірювальної системи / О.В. Коломійцев, I.I. Сачук, З.З. Закіров та ін. - № u201604971; заяв. 04.05.2016; опубл. 10.11.2016; Бюл. № 21.-8 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 45 50 55 Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, 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 (фільтри) сигналу похибки, виконавчі механізми, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу та а - введення опорного сигналу з частотою м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей літального апарату, який відрізняється тим, що додатково введено апаратуру обміну даними. 4 UA 120557 U UA 120557 U 6 UA 120557 U 7 UA 120557 U Комп’ютерна верстка О. Рябко 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