Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ла для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань

Реферат: Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань має керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, 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 (ЕОМ), блок формування зображення, апаратуру обміну даними, гіростабілізовану платформу та а - введення опорного сигналу з частотою м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових (тангенціальних) швидкостей літального апарата. Додатково введено апаратуру супутникових радіонавігаційних систем, встановлену після ЕОМ. UA 122880 U (12) UA 122880 U UA 122880 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 однопунктної системи зовнішньо-траєкторних вимірювань (СЗТВ). Відомий "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної 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), оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), 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), блок формування зображення (БФЗ), гіростабілізовану платформу (ГСП) та а - введення опорного сигналу з частотою ΔνМ від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових (тангенціальних) швидкостей літального апарату (ЛА). Недоліками відомого каналу є те, що він не здійснює обмін інформацією за радіоканалом з центральним командним пунктом (ЦКП). Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, обраним як прототип є "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної лазерної 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 і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, 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, блок формування зображення, апаратуру обміну даними (АОД), гіростабілізовану платформу та а введення опорного сигналу з частотою Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не здійснює оперативну високоточну навігацію. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньо-траєкторних вимірювань, який дозволить здійснювати точне і стійке кутове автосупроводження ЛА при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута α і міста β, об'єктивний контроль ЛА у денний і нічний час, передачу до споживачів на ЦКП інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, оперативну високоточну навігацію в будь-якій точці земної поверхні, у будь-який час року і доби, за будь-якої погоди та, в разі необхідності, формування і обробку зображення ЛА. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал автоматичного супроводження літальних апаратів, 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 і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, 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, блок формування зображення, апаратуру обміну даними, гіростабілізовану платформу та а - введення опорного сигналу з частотою ΔνM від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових (тангенціальних) швидкостей ЛА, згідно корисної моделі, додатково введено апаратуру супутникових радіонавігаційних систем (АСРНС), встановлену після ЕОМ. Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань пов'язана з використанням одномодового багаточастотного з синхронізацією подовжніх мод випромінювання єдиного лазера-передавача, частотно-часового методу ЧЧМ [3] та OEM. 1 UA 122880 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у стійкому кутовому автосупроводженні ЛА при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута і міста, оперативних обробок, відображенні, збереженні і видачі споживачам інформації, яка отримана, високоточній навігації та, в разі необхідності, формуванні і обробці зображення ЛА. На Фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: а введення опорного сигналу з частотою Δνм (3Δνм) від лазера-передавача; б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових (тангенціальних) швидкостей ЛА; І - для визначення вимірювальної інформації; II - для визначення зображення ЛА та 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 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 СЗТВ. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньо-траєкторних вимірювань 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 і інфрачервоного каналів, приймальну оптику 8, фотодетектор 9, широкосмуговий підсилювач 10, резонансні підсилювачі 11, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори 12, фільтри 13, формувачі імпульсів (ФІ1-14, ФІ2-15), тригери ("1"|"0") 16, схеми "і" 17, лінії затримки 18, лічильники 19, цифро-аналогові перетворювачі 20, фільтри нижніх частот 21, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки 22, виконавчі механізми 23, електронну обчислювальну машину 24, блок формування зображення 25, апаратуру супутникових радіонавігаційних систем 26, апаратуру обміну даними 27, гіростабілізовану платформу 28, та а - введення опорного сигналу з частотою ΔνM від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових (тангенціальних) швидкостей ЛА. Робота запропонованого каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньо-траєкторних вимірювань полягає у наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання лазера-передавача (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні пари частот і окремі частоти для створення: РСН на основі формування сумарної ДС ЛВ, завдяки частково перетинаючихся 4-х парціальних ДС ЛВ, за умови використання комбінацій подовжніх мод ("підфарбованих" різницевими частотами міжмодових биттів) Δν54=ν5-ν4=Δνм, Δν97=ν9-ν7=2Δνм, Δν63=ν6-ν3=3Δνм, Δν82=ν8-ν2=6Δνм; лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з подовжньої моди νn (в подальшому νn1, νn2). За допомогою МСПМ та БФЗ створюється лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом розведення ЛВ (несучої частоти) на два промені з поворотом плоскості поляризації на кут 90° в одному з них (Фіг. 3). При цьому випромінювання апертури першого і другого каналів в апертурній плоскості U0V рознесені на відстані ρ. Різність ходу пучків до картинної плоскості ЛА ХОУ змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цим різність фаз між поляризованими компонентами, що ортогональні, поля у картинній плоскості також змінюється від точки до точки. В залежності від різності фаз у картинній плоскості змінюється вигляд поляризації сумарного поля сигналу, що зондує від лінійної через еліптичну і циркулюючу до лінійної, ортогональної к начальної і т.д. Період зміни вигляду поляризації визначається базою між випромінювачами ρ та відстанню до картинної плоскості 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. Сигнал 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 КЕ. 2 UA 122880 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот ν5,ν4=Δνм, ν9,ν7=2Δνм, ν6,ν3=3Δνм та ν8,ν2=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 лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації (νn1 та νn2) і комбінований сигнал OEM проходять вдовж РСН (Фіг. 2). Прийняті ПРМО від ЛА, відбиті в процесі сканування чотирьох 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 БФЗ для обробки відбитого лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від поверхні ЛА; по РП, що настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів Δνм від, 2Δνм від, 3Δνм від, 6Δνм від. При цьому, імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП Δνм від і РП 2Δνм від формують сигнал похибки по куту α, а РП 3Δνм від і РП 6Δνм від - по куту β. 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, яка відображається у ЕОМ. Тому у БФЗ здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. 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 Δνм оп, надходить на схему "І". Виділений і посилений імпульсний сигнал з PПΔνм 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), надходить на Тр "1", перекидуючи його. У цей же час, виділений і посилений РП2Дум від імпульснів 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 Тр "0", встановлюючи його у вихідний стан. Задача вимірювання часового інтервалу із заданою точністю в схемі "І" 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 Uп (порогове значення напруги) (Фіг. 5). Завдяки періодичному за циклом 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. 5, 6). Підраховані Лч імпульси перетворюються ЦАП в 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. 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 (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 Тр надходить другий імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2Δνм від (Фіг. 1, 4-6). На схему "І" від Тр 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, використовується схема визначення полярності сигналу похибки («+» або «-»). Отже, 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 (Фіг. 1; 5 а, б) полягає у наступному. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то перший імпульс (Фіг. 1,5а) від каналу Δνм від випереджає другий імпульс каналу Δνм від. Оскільки строб від Тр затримується на час, що перевищує 3 UA 122880 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 тривалість першого (другого) імпульсу, то схема збігів "І" не спрацьовує, тому що перший імпульс не збігається в часі з даним стробом. Знак сигналу похибки по куту а залишається позитивним («+»). Якщо ЛА знаходиться нижче РСН (Фіг. 5 б), то перший імпульс відстає від другого імпульсу, тому він збігається в часі зі стробом. Схема "І" спрацьовує і змінює знак («-» або полярність) напруги сигналу похибки по куту α. Імпульс зі схеми "І" подається на знаковий розряд Лч імпульсів з частотою Δνм. Число імпульсів у Лч пропорційно куту відхилення α від РСН. Форматування сигналу похибки по куту β відбувається таким же чином, як для сигналу похибки по куту α. ВМα і ВМβ розвертають приймально-передавальну платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН запропонованого каналу, тобто на РСН сумарної ДС ЛВ (Фіг. 2, 6). Оптико-електронний модуль постійно здійснює у денних і нічних умовах у видимому та інфрачервоному діапазонах спостереження за ЛА, який супроводжується. Об'єктивний контроль, обробка і відображення інформації про кути азимута α і міста β ЛА 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. Гіростабілізована платформа забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи каналу, на якій розміщена суміщена приймально-передавальна апаратура та ВМ по кутах азимута α і місця β. Апаратура супутникових радіонавігаційних систем забезпечує можливість в будь-якій точці земної поверхні, у будь-який час року і доби, за будь-якої погоди визначити (уточнити) параметри СЗТВ - три координати і три складові вектора швидкості. 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. Формування ДС ЛВ і створення РСН пов'язано із задоволенням жорстких вимог, що пред'являються до спектру випромінювання одномодового багаточастотного лазерапередавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 103702, Україна, МПК G01S 17/42, G01S17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи/ О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201506377; заяв. 30.06.2015; опубл. 25.12.2015; Бюл. № 24. - 8 с. 2. Патент на корисну модель № 114662, Україна, МПК G01S 17/42, G01S17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи/ О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, О.О. Звєрєв та ін. - № u201610506; заяв. 17.10.2016; опубл. 10.03.2017; Бюл. № 5. - 10 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 50 55 60 Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань, 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 і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, 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 (ЕОМ), блок формування зображення, 4 UA 122880 U апаратуру обміну даними, гіростабілізовану платформу та а - введення опорного сигналу з частотою м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових (тангенціальних) швидкостей літального апарата, який відрізняється тим, що додатково, після ЕОМ, введено апаратуру супутникових радіонавігаційних систем. 5 UA 122880 U 6 UA 122880 U 7 UA 122880 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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