Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ла для лвс полігонного випробувального комплексу

Реферат: Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС полігонного випробувального комплексу містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, блок формування зображення, 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 (ПСП), виконавчі механізми та а введення опорного сигналу з частотою ∆м передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) літального апарата для уточнення похибки збігу по кутах. Після ПСП замість електронно-цифрової обчислювальної машини введено електронну обчислювальну машину. UA 75330 U (12) UA 75330 U UA 75330 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 лазерної вимірювальної системи (ЛВС) з частотно-часовим методом (ЧЧМ) пошуку, розпізнавання та вимірювання параметрів руху літального апарата (ЛА). Відомий "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком на основі модернізованого частотно-часового методу вимірювання" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), селектор подовжніх мод (СПМ), блок дефлекторів (БД), передавальну оптику (ПРДО), 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, лінії затримки (ЛЗ), лічильники (Лч), цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП), фільтри нижніх частот (ФНЧ), підсилювачі (фільтри) сигналу похибки (ПСП), виконавчі механізми (ВМ), електронно-цифрову обчислювальну машину (ЕЦОМ) та а - введення опорного сигналу з частотою ∆м передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах. Недоліками відомого каналу є те, що він не може формувати та обробляти зображення ЛА. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип, є "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод (МСПМ), блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, блок формування зображення (БФЗ), 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, електронно-цифрову обчислювальну машину та а - введення опорного сигналу з частотою ∆м передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не забезпечує збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС полігонного випробувального комплексу, 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, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА та, в разі необхідності, формувати і обробляти його зображення. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал-прототип, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, блок формування зображення, резонансні підсилювачі, настроєніна 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, електронно-цифрову обчислювальну машину та а - введення опорного сигналу з частотою ∆м передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах, після ПСП замість ЕЦОМ введено електронну обчислювальну машину (ЕОМ). Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС полігонного випробувального комплексу пов'язана з використанням одномодового богаточастотного із синхронізацією подовжніх мод випромінювання єдиного лазера-передавача та ЧЧМ [3]. 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, починаючи з початкового моменту його польоту, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА та, в разі необхідності, формуванні і обробці його зображення. На Фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: а введення опорного сигналу з частотою ∆м (3∆м) від лазера-передавача; б - введення сигналу 1 UA 75330 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей ' і ') ЛА для уточнення похибки збігу по кутах каналів; І - для визначення вимірювальної інформації; II - для визначення зображення ЛА. На Фіг. 2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування 4-ма діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання в ортогональних площинах. На Фіг. 3 приведено створення лазерного сигналу із 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 ЛВС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС полігонного випробувального комплексу містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, блок формування зображення, 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 та а - введення опорного сигналу з частотою ∆м передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах. Робота запропонованого каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС полігонного випробувального комплексу полягає у наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання лазерапередавача (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні пари частот і окремі частоти для створення: рівносигнального напрямку на основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки 4-м парціальним ДС, які 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; лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з подовжньої моди vn (в подальшому n1, n2). За допомогою МСПМ та блока формування зображення створюється лазерний сигнал із просторовою модуляцією поляризації шляхом розведення лазерного випромінювання (несучої частоти) на два променя з поворотом площини поляризації на кут 90° в одному з них (Фіг. 3). При цьому випромінювання апертури першого і другого каналів в апертурній площині U0V рознесені на відстані . Різність ходу пучків до картинної площини 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 різності 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  та відстанню до картинної площини 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 ∆м, 2∆м, 3∆м та 6∆м надходить на блок дефлекторів, що складається з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання попарно зустрічно сканують БД у кожній із 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 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 лазерного випромінювання у кожній із двох ортогональних площин  і  або X і У, при цьому лазерний сигнал із просторовою модуляцією поляризації (n1 та n2) - проходить вдовж РСН (Фіг. 2). Прийняті ПРМО від ЛА, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС, лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигнали ДС лазерного випромінювання, за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються: 2 UA 75330 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 в БФЗ для обробки відбитого лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від поверхні ЛА; по РП, що настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів ∆м від, 2∆м від, 3∆м від, 6∆м від. При цьому, імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП ∆м від і РП 2∆м від формують сигнал похибки по куту , а РП 3∆м від і РП 6∆м від - по куту . При відбитті лазерного сигналу із 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, яка відображається у ЕОМ. Тому у БФЗ здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Формування сигналу похибки по куту  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 сигнал з Pn∆м від частоти міжмодових биттів ∆м від (Фіг. 4, 5) детектується Дет у вигляді огинаючої сигналу, що змінюється за законом руху ДС лазерного випромінювання і, після проходження Ф, перетворюється у ФІ2 у точках переходів періодів сканування в імпульси (один імпульс за період сканування), надходить на тригер "1", перекидуючи його. У цей же час, виділений і посилений РП2∆м від імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів 2∆м від детектується, виділяючи огинаючу сигналу, що змінюється за таким же законом І, проходячи Ф, перетворюються 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 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 початок і кінець відліку часового інтервалу є граничне значення Uп (порогове значення напруги) (Фіг. 5). Завдяки періодичному за цикл сканування відкриттю і закриттю тригером схеми І регулюється проходження імпульсів у схемі І від ФН, тобто відбувається виділення "пачок" імпульсів, число яких пропорційно куту відхилення ЛА від РСН (Фіг. 5, 6). Підраховані лічильником 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. Відфільтрований у ФНЧ і посилений підсилювачем сигналу похибки, отриманий сигнал відпрацьовується за допомогою виконавчого механізму (), надходить від ПСП на вхід ЕОМ та виділяється в ній 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 тригер надходить другим імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2∆м від (Фіг. 1, 46). На схему І від тригера подається строб, тривалість якого пропорційна відхиленню ЛА від РСН. Цей часовий інтервал виміряється методом рахунку 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 , а другим - з каналу ∆м від. від Визначення знаку «+» або «-» або сторони відхилення ЛА від РСН (Фіг. 1; 5а, б) полягає у наступному. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то імпульс 1 (Фіг. 1, 5 а) від каналу ∆м від випереджає імпульс 2 каналу 2∆м від. 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  залишається позитивним («+»). Якщо ЛА знаходиться нижче РСН (Фіг. 5б), то імпульс 1 відстає від імпульсу 2, тому він збігається в часі зі стробом. Схема І спрацьовує і змінює знак («-» або полярність) напруги сигналу похибки по куту . Імпульс зі схеми І подається на знаковий розряд лічильника імпульсів з частотою ∆м, Число імпульсів у лічильнику пропорційно куту відхилення  від РСН. Форматування сигналу похибки по куту  відбувається таким же чином, як для сигналу похибки по куту . 3 UA 75330 U 5 10 15 20 25 30 35 Виконавчі механізми ВМ і ВМ розвертають приймально-передавальну платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН запропонованого каналу, тобто на РСН сумарної ДС лазерного випромінювання (Фіг. 2, 6). Відображення та обробка (вимірювання) кутів азимута  і місця  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. Формування ДС лазерного випромінювання і створення РСН пов'язано із задоволенням жорстких вимог, що пред'являються до спектру випромінювання одномодового багаточастотного лазера-передавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. Джерела інформації: 1. Деклараційний патент на винахід 59115 А, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком на основі модернізованого частотно-часового методу вимірювання. /Г.В. Альошин, О.В. Коломійцев, Д.П. Пашков. - № 2003010713; заяв. 27.01.2003; опубл. 15.08.2003; Бюл. № 8. - 10 с. 2. Патент на корисну модель № 52159, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС. /О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, Д.Г. Васильєв та ін. - № u201003659; заяв. 30.03.2010; опубл. 10.08.2010; Бюл. № 15. - 10 с. 3. Патент на корисну модель № 55645, Україна, MПК G01S 17/42, G01S 17/66. Частотночасовий метод пошуку, розпізнавання та вимірювання параметрів руху літального апарата. /О.В. Коломійцев - № u201005225; заяв. 29.04.2010; опубл. 27.12.2010; Бюл. № 24. - 14 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС полігонного випробувального комплексу, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, блок формування зображення, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1""0"), схеми I, лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки (ПСП), виконавчі механізми та а введення опорного сигналу з частотою ∆м передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) літального апарата для уточнення похибки збігу по кутах, який відрізняється тим, що після ПСП замість електронноцифрової обчислювальної машини введено електронну обчислювальну машину. 4 UA 75330 U 5 UA 75330 U 6 UA 75330 U 7 UA 75330 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8