Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів і мбд та розширеними можливостями для полігонного випробувального комплексу

Реферат: Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для полігонного випробувального комплексу, містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з введенням б, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригер "1"| "0", схему 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 швидкості (кутових швидкостей) літального апарату для уточнення похибки збігу по кутах. Після ПСП замість електронно-цифрової обчислювальної машини введено електронну обчислювальну машину. UA 88622 U (12) UA 88622 U UA 88622 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 синтезу лазерної інформаційно-вимірювальної системи (ЛІВС) з частотно-часовим методом (ЧЧМ) пошуку, розпізнавання та вимірювання параметрів руху літального апарату (ЛА). Відомий "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю розпізнавання ЛА" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), селектор подовжніх мод з багато-частотним розділенням каналів (СПМ БРК), блок дефлекторів (БД), передавальну оптику (ПРДО), приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), багатофункціональний інформаційний блок (БІБ), резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори (Дет), фільтри (Ф), формувачі імпульсів (ФІ), тригер "1”| "0", схему I, лінії затримки (ЛЗ), лічильники (Лч), цифроаналогові 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 швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах. Недоліком відомого каналу є те, що він не використовує лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації на несучих частотах n1 та n2 для детального розпізнавання ЛА та не виконує додаткового сканування сумарною діаграмою спрямованості (ДС) лазерного випромінювання за умови пошуку ЛА. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибрано як прототип є "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, модифікований блок дефлекторів (МБД), передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями (ІБРМ) з введенням б, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригер "1”| "0", схему I, 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 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 використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для полігонного випробувального комплексу, який дозволить здійснювати багатоканальний ( N ) інформаційний взаємозв'язок з ЛА на частотах міжмодових биттів 9м...Nмn , точне і стійке кутове автосупроводження при одночасному вимірюванні кутів азимута  і міста  у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА та, в разі необхідності, його пошук у заданій зоні з заданим законом сканування ДС лазерного випромінювання і, завдяки використання поляризаційних ознак ЛА, що отримуються, детально розпізнавати його за короткий час. 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, модифікований блок дефлекторів (МБД), передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями (ІБРМ) з введенням б, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригер "1”| "0", схему I, 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 швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах, після ПСП замість ЕЦОМ введено електронну обчислювальну машину (ЕОМ). 1 UA 88622 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями для полігонного випробувального комплексу пов'язана з використанням одномодового богаточастотного з 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 міста у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальному ( N ) інформаційному взаємозв'язку з ЛА на частотах міжмодових биттів, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА та його пошуку у заданій зоні і розширенні набору поляризаційних ознак розпізнавання ЛА, що отримуються, підвищенні ефективності і скороченні часу на його розпізнавання. На Фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: І вимірювальний сигнал; II - інформаційний сигнал та сигнал з просторовою модуляцією поляризації; а - введення опорного сигналу з частотою м ( 3м ) лазера-передавача; б введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей ' і ' ) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах каналів. На Фіг. 2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування сумарною ДС лазерного випромінювання у невеликому куті і окремо 4-мя діаграмами спрямованості в ортогональних площинах. На Фіг. 3 приведено створення лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації. На Фіг. 4 приведені епюри напруг з виходів блоків каналу АСН. На Фіг. 5 приведені епюри напруг з виходів блоків каналу АСН, які визначають полярність, де: а) - для визначення знаку «+»; б) - для визначення знаку «-». На Фіг. 6 приведено кут відхилення ЛА від РСН відносно ЛІВС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для полігонного випробувального комплексу містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з введенням б, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригер "1”| "0", схему I, 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 швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах. Робота запропонованого каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для полігонного випробувального комплексу 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  10  1  9м,...Nмn ); лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з двох подовжніх мод (несучих частот n1 , n2 ); РСН на основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки 4-х парціальних діаграм спрямованості, 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 . 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 (створення взаємозв'язку) (Фіг. 1, 2). Також, за допомогою СПМ БРК та ІБРМ створюється лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом створення лазерного випромінювання з двох несучих частот ( n1 та n2 ) у вигляді двох променів з вертикальною ( n1 ) та горизонтальною ( n2 ) 2 UA 88622 U 5 10 15 20 25 30 35 40 поляризацією (Фіг. 3). При цьому випромінювання апертури першого і другого поляризаційних  q каналів в апертурної плоскості V0U рознесені на відомій відстані . Різність ходу пучків до картинної плоскості ЛА Х0У змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цім різність фаз (амплітуд) між поляризованими компонентами, що ортогональні, поля у картинної 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 к начальної і т.д.  q Період зміни вигляду поляризації визначається базою між випромінювачами 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 ЛЛ. Водночас імпульсний лазерний сигнал (вимірювальний) частот міжмо-дових биттів м , 2м , 3м та 6м надходить на МБД, що складається з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання попарно зустрічно сканують МБД у кожній з двох ортогональних площин (Фіг. 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 лазерного випромінювання у кожній з двох ортогональних площин  і  або X і У. При цьому груповий (інформаційний) лазерний сигнал частот 9м...Nмn та лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації на несучих частотах n1 , n2 проходять вдовж РСН (Фіг. 2). Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та лазерні імпульсні сигнали і огинаючи сигнали ДС лазерного випромінювання, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС, 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;  м в ід 2 м в ід 3 м в ід по РП, що настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів , , , 6 м в ід . При цьому, імпульсні сигнали радіочастоти, які надходять з РП  м і РП 2м формують сигнал похибки по куту  , а РП 3м і РП 6м - по куту  . 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. Формування сигналу похибки по куту  полягає у наступному. Введення з опорного каналу імпульсного сигналу м (а), перетвореного ФІ1 у "пачки" опорних імпульсів на частоті 45 50 м оп , надходить на схему "І". Виділений і посилений імпульсний м в ід сигнал з РП м частоти міжмодових биттів (Фіг. 4, 5) детектується 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) та надходить на тригер "1", перекидаючи його. У цей же час, виділений і 2  м 2 м в ід посилений PП імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів детектується, виділяючи огинаючу сигналу, що змінюється по такому ж закону. Проходячи Ф, перетворюється в ФІ2 у точках переходів періодів коливань в імпульси (один імпульс за період сканування) та надходить на тригер "0", установлюючи його у вихідний стан. 3 UA 88622 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Вимір часового інтервалу в схемі І з 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, які визначають начало 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 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 посилений підсилювачем сигналу похибки, відпрацьовується за допомогою ВМ (  ), надходить від ПСП ПСП  на вхід ЕОМ та виділяється в ній у виді числа, пропорційного вимірюваному куту азимута  . Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то на схему "І" першим надходить імпульс з ФІ2 м в ід міжмодової частоти , а на тригер надходить другим імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2м в ід (Фіг. 1, 4, 5). На схему "І" від тригера подається строб, тривалість якого пропорційна відхиленню ЛА від РСН. Цей часовий інтервал виміряється методом рахунку імпульсів частоти м в ід міжмодових биттів . 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 2м в ід м в ід каналу , а другим - з . Визначення знаку («+» або «-»), або сторони відхилення ЛА від РСН (Фіг. 1; 5 а, б) полягає у наступному. м в ід Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то імпульс 1 (Фіг. 1,5 а) від каналу випереджає 2м в ід імпульс 2 каналу . 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. 5 б), 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 ВМ  похибки по куту  . ВМ і розвертають приймально-передавальну платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН каналу АСН, тобто на РСН сумарної ДС лазерного випромінювання (Фіг. 2, 6). Відображення інформації, що приймається (передається) від ЛА та обробка (вимірювання) кутів азимута  і міста  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 методів та моделей паралельної обробки даних. Вимірювальна інформація про тангенціальну швидкість (кутові швидкості) ЛА від каналу кутових швидкостей використовується в ІБРМ, де завдяки додаткової обробки 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 ЛА, що супроводжується. В разі необхідності виявлення ЛА у заданої точці простору груповий сигнал, який складений з частот міжмодових биттів і несучих частот n , сканується у вигляді сумарної ДС за допомогою 4 UA 88622 U 5 10 МБД, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС задається БКД (Фіг. 1, 2). Кількість інформаційних каналів ( N ) залежить від кількості комбінацій парних мод (несучих частот n ). Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 55501, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю розпізнавання ЛА. /О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, Д.Г. Васильєв та ін. - № u201008085; заяв. 16.07.2010; опубл. 10.12.2010; Бюл. № 23. - 10 с. 2. Патент на корисну модель № 61880, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями. /О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, Д.Г. Васильєв та ін. - № u201104769; заяв. 18.04.2011; опубл. 25.07.2011; Бюл. № 14. - 14 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. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для полігонного випробувального комплексу, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з введенням б, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригер "1"| "0", схему 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 швидкості (кутових швидкостей) літального апарату для уточнення похибки збігу по кутах, який відрізняється тим, що після ПСП замість електронно-цифрової обчислювальної машини введено електронну обчислювальну машину 5 UA 88622 U 6 UA 88622 U 7 UA 88622 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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