Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи

Реферат: Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою. Канал містить селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, призми для частоти міжмодових биттів м, модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2м, передавальну оптику. Канал містить оптико-електронний модуль, що складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей літального апарата, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів. Також мітить формувач імпульсів, схему "і", фільтр із заданою смугою пропускання, диференційований ланцюжок, випрямляч, тригер, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, лічильник, електронну обчислювальну машину та гіростабілізовану платформу. Додатково введено апаратуру обміну даними. UA 121900 U (12) UA 121900 U UA 121900 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі електрозв'язку і може бути використана для побудови передавальної частки мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи (МСЛВС). Відомим аналогом є "Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями 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), призми для частоти міжмодових биттів Δνм, модифікований блок дефлекторів (МБД), перемикач для частот міжмодових биттів Δνм і 2Δνм, передавальну оптику (ГТРДО), оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику (ПРМО), фотодетектори (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), інформаційний блок з розширеними можливостями (ІБРМ) з б - введенням сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей літального апарату (ЛА), резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів (ФІ), тригер „1"|„0", схему „і" ("І"), лічильники (Лч), фільтр з заданою смугою пропускання (Фп), детектор (Дет.), диференційовану оптику (ДО), підсилювач (П), фільтр (Ф), диференційовані ланцюжки (ДЛ), випрямлячі (Вип) та електронну обчислювальну машину (ЕОМ). Недоліком аналога є те, що він не забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщується суміщена приймально-передавальна апаратура та виконавчі механізми (ВМ) по кутах азимута α і місця β. Найближчим аналогом до корисної моделі є "Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для мобільної суміщеної вимірювальної системи" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, призми для частоти міжмодових биттів Δνм, модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів Δνм і 2Δνм, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, схему „і", фільтр із заданою смугою пропускання, диференційований ланцюжок, випрямляч, тригер, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, лічильник, електронну обчислювальну машину та гіростабілізовану платформу (ГСП). Недоліком 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 вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, який дозволить здійснювати високоточне вимірювання похилої дальності до ЛА у широкому діапазоні дальностей, багатоканальну (N) передачу команд керування на ЛА на частотах міжмодових биттів 9Δνм … NΔνмn, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей у нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і ВМ по кутах α і β, обмін інформацією зі споживачами ЦКП та, в разі необхідності, пошук ЛА у заданій зоні за заданим законом сканування діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання (ЛВ) і, завдяки використання поляризаційних ознак ЛА, що отримуються, детально розпізнавати його за короткий час. Поставлена задача вирішується тим, що канал містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, призми для частоти міжмодових биттів м, модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2м, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, схему „і", фільтр із заданою смугою пропускання, диференційований ланцюжок, випрямляч, тригер, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, лічильник, електронну обчислювальну машину та гіростабілізовану платформу, згідно з корисною моделлю, додатково введено апаратуру обміну даними (АОД). 1 UA 121900 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Побудова каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи пов'язана з використанням одномодового багаточастотного з синхронізацією подовжніх мод випромінювання єдиного лазера-передавача, частотно-часового методу (ЧЧМ) вимірювання [3], OEM та АОД. Технічний результат, отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у високоточному вимірюванні похилої дальності до 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, забезпеченні просторової стабілізації платформи, на якої розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і виконавчі механізми, обміну інформацією зі споживачами та, в разі необхідності, пошуку ЛА у заданій зоні і скороченні часу на його розпізнавання. Корисна модель пояснюється кресленням, де на фіг. 1 приведено передавальний бік узагальненої структурної схеми запропонованого каналу, де: І -- вимірювальний сигнал; II -інформаційний сигнал та сигнал з просторовою модуляцією поляризації; III - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах; б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА; на фіг. 2 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу; на фіг. 3 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування сумарною ДС ЛВ у невеликому куті і окремо 4-ма ДС ЛВ в ортогональних площинах; на фіг. 4 приведено створення лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації; на фіг. 5 приведені епюри напруг з виходів блоків каналу, де: а) - від блока опорного сигналу; б) - від блока відбитого сигналу. Запропонований канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями 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, призми для частоти міжмодових биттів м, модифікований блок дефлекторів 5, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2м, передавальну оптику 6, оптико-електронний модуль 7, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику 8, фотодетектори 9, широкосмуговий підсилювач 10, інформаційний блок з розширеними можливостями 11 з б - введенням сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА, резонансні підсилювачі 12, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів 13, схему „і" 14, фільтр із заданою смугою пропускання 15, диференційований ланцюжок 16, випрямляч 17, тригер 18, детектор 19, диференційовану оптику 20, підсилювач 21, фільтр 22, лічильник 23, електронну обчислювальну машину 24, гіростабілізовану платформу 25 та апаратуру обміну даними 26. Робота запропонованого каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями для мобільної суміщеної лазерної 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 (N) інформаційного зв'язку, за умови використання сигналів комбінацій подовжніх мод (на різницевій частоті міжмодових биттів 101 = ν10 - ν1=9м, … Nмn); - лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з двох подовжніх мод (несучих частот νn1, νn2); - 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-ν4=м, 97=ν9-ν7=2м, 63=ν6-ν3=3м, 82=ν8-ν2=6м. Лазерний сигнал, який складений з частот міжмодових биттів Nмn, минаючи МБД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від ІБРМ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається на ЛА (фіг. 1, 3). Також, за допомогою СПМ БРК та ІБРМ створюється лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом створення ЛВ з двох несучих частот (νn1 та νп2) у вигляді двох променів з вертикальною (νn1) та горизонтальною (νn2) поляризацією (фіг. 4). При цьому випромінювання апертури першого і другого поляризаційних каналів в апертурній плоскості V0U рознесені на відомій відстані q. Різність ходу пучків до картинної плоскості ЛА ХОУ змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цим різність фаз (амплітуд) між поляризованими 2 UA 121900 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 компонентами, що ортогональні, поля у картинній плоскості також змінюється від точки до точки. В залежності від різності фаз (амплітуд) у картинній плоскості змінюється вигляд поляризації сумарного поля сигналу, що зондує від лінійної через еліптичну і циркулюючу до лінійної, ортогональної до начальної і т.д. Період зміни вигляду поляризації визначається базою між випромінювачами q та відстанню до картинної плоскості R. Розподіл інтенсивності в реєстрованому зображенні ЛА промодульовано по гармонійному закону з коефіцієнтом модуляції та дорівнює значенню ступеня поляризації випромінювання, що відбито в даній ділянці поверхні ЛА. Водночас імпульсний лазерний сигнал (вимірювальний) частот міжмодових биттів м, 2м, 3м та 6м надходить на МБД, що складається з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС ЛВ попарно зустрічно сканують МБД у кожній з двох ортогональних площин (фіг. 3). Період сканування задається БКД, який разом з Лн живляться від КЕ. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот ν5,ν4=м, ν9,ν7=2м, ν6,ν3=3м та ν8,ν2=6м фокусується в скановані точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС ЛВ у кожній з двох ортогональних площин а і Р (X і У). При цьому груповий (інформаційний) лазерний сигнал частот 9м … Nм та лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації на несучих частотах νn1, νn2 проходять вдовж РСН (фіг. 3). Принцип роботи грубої шкали каналу вимірювання похилої дальності до ЛА полягає у наступному (фіг. 2, 5). На передавальному боці. Виділена селектором подовжніх мод зі спектру випромінювання лазера перша пара частот ν5,4, розщеплюється під дією розщеплювача (призми) на два оптичні сигнали: 1) основний (1) - сканується МБД під певним кутом (з часом Т пр, що задається від БКД), який проходить через перемикач (П) для виділення "бланкуючого" імпульсу (бланк - нуль) і розщеплювач, де відбувається виділення додаткового сигналу (2), та надходить на ПРДО і далі на ЛА; 2) додатковий (2) - перетворюється ФТД в електричний імпульсний сигнал різницевої частоти міжмодового биття м та надходить на ФІ1, де відбувається виділення "пачок" імпульсів, прийнятих схемою "І". Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигнали ДС ЛВ, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС ЛВ, за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучих частотах і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються: - в ІБРМ для обробки інформації, що приймається від ЛА та відбитого лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від його поверхні; - по РП, що настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів м від, 2м від, 3м від, 6м . від Імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП 1 (РП м), формують сигнал про похилу дальність до ЛА, а РП 4 (РП 6м), РП 2 (РП 2м) і РП З (РП 3м) - сигнали для інших вимірювальних каналів МСЛВС. 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 і тощо, що відображається у ЕОМ. Тому у ІБРМ також здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Отриманий від ФТД додатковий оптичний сигнал частоти ν5,4 з "блан-куючими" імпульсами, перетворений в сигнал м, здобуває чіткі границі "бланкуючого" імпульсу та, проходячи ДО, підсилюється. Фільтр зі смугою пропускання П=1/τі (де τі - тривалість імпульсу) виділяє з загального сигналу "бланкуючі" імпульси -- в імпульси сигнали, які проходячи ДЛ і Вип - (ФІ=ДЛ+Вип), виділяються у вигляді одного короткого імпульсу за початок "бланкуючого" імпульсу та надходять на тригер з індексом "1", включаючи його. На приймальному боці. Відбитий від ЛА основний сигнал частот vs, 4 у сумі з груповим, минаючи ПРМО, перетворюється ФТД в електричний імпульсний сигнал м, підсилюється ШП, 3 UA 121900 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 виділяється в РП, як сигнал міжмодової частоти м і, проходячи через Дет, перетворюється таким же чином, як і додатковий електричний сигнал (2) частоти м та надходить тільки на тригер з індексом "0", "перекидаючи" його. Сигнал, що надходить з Тр на схему "І", здійснює періодичне "відкриття" і "закриття" проходу для "пачок" імпульсів з ФІ1, що підраховуються Лч та відпрацьовуються у вигляді числа про похилу дальність до ЛА у ЕОМ. Таким чином відбувається вимірювання похилої дальності до ЛА на грубій шкалі. Перехід на точну шкалу (генерація пікосекундних імпульсів) здійснюється одразу після припинення включення перемикача ("П") (формування "бланкуючого" імпульсу). Так як канал вимірювання похилої дальності до ЛА вводиться до складу структури МСЛВС, то вмикання та вимикання перемикача (П) відбувається одночасно для 2-х (пар) частот ν5,4 і ν9,7. Апаратурні помилки вимірювання похилої дальності до ЛА у запропонованому каналі -- це помилки визначення початку і кінця відліку часового інтервалу, помилки за рахунок дискретності та нестабільності частоти проходження тактових (рахункових) імпульсів. Точність оцінки інтервалу визначається крутістю огинаючей при заданому граничному значенні напруги Uп та залежить від форми скануючий ДС ЛВ і відношення сигнал/шум. Вимірювальна інформація про кутові швидкості ЛА використовується в ІБРМ, де завдяки додатковій обробці елементів поляризаційної матриці розсіяння ЛА від отриманого поляризаційного поля (суми сигналів різної поляризації/ забезпечується точне значення кутових швидкостей ЛА, розширюється набір ознак його розпізнавання, підвищується ефективність та скорочується час на розпізнавання Л А, що супроводжується. Відображення інформації, що приймається (передається) від ЛА, об'єктивний контроль та обробка (вимірювання) похилої дальності до ЛА відбувається в ЕОМ. Для збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЯА, 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. Простабілізована платформа забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи каналу, на якій розміщена суміщена приймально-передавальна апаратура та ВМ по кутах азимута α і місця β. В разі необхідності виявлення ЛА у заданої точці простору груповий сигнал, який складений з частот міжмодових биттів і несучих частот νn, сканується у вигляді сумарної ДС ЛВ за допомогою модифікованого блока дефлекторі в, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС ЛВ задається блоком керування дефлекторів (фіг. 1, 3). Кількість інформаційних каналів (N) залежить від кількості комбінацій парник мод (несучих частот νn), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. Видача інформації, яка отримана під час проведення випробувань Л А, споживачам (на ЦКП) та отримання додаткової інформації від керівництва здійснюється за допомогою апаратури обміну даними за радіоканалом. Формування сумарної ДС ЛВ, створення РСН, інформаційного каналу для каналу, що пропонується, пов'язано із задоволенням жорстких вимог, що пред'являються до спектра випромінювання одномодового багаточастотного лазеро-передавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. Джерело інформації 1. Патент на корисну модель №100571, Україна, MПК G01 S 17/42, G01 S 17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для комбінованої лазерної системи /О.В.Коломійцев, І.І.Сачук, A.M.Булай та ін. - № u201502488; заяв. 19.03.2015; опубл. 27.07.2015; Бюл. № 14.-7 с 2. Патент на корисну модель №110339, Україна, МПК G01 S 17/42, G01 S 17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для мобільної суміщеної вимірювальної системи /О.В.Коломійцев, І.І.Сачук, Г.В.Альошин та ін. - №u201602355; заяв. 11.03.2016; опубл. 10.10.2016; Бюл. № 19.-7 с 3. Патент на корисну модель №55645, Україна, MПК G01 S 17/42, G01 S 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. 4 UA 121900 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, що містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, призми для частоти міжмодових биттів м, модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2м, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей літального апарата, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, схему "і", фільтр із заданою смугою пропускання, диференційований ланцюжок, випрямляч, тригер, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, лічильник, електронну обчислювальну машину та гіростабілізовану платформу, який відрізняється тим, що додатково введено апаратуру обміну даними. 5 UA 121900 U 6 UA 121900 U 7 UA 121900 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8