Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем та розширеними можливостями для лівс полігонного випробувального комплексу

Реферат: Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу, містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, 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, тригери "1"│"0", схеми 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 Δм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата для уточнення похибки збігу по кутах. Додатково введено оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів. UA 91563 U (12) UA 91563 U UA 91563 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 синтезу лазерної інформаційно-вимірювальної системи (ЛІВС) з частотно-часовим методом (ЧЧМ) пошуку, розпізнавання та вимірювання параметрів руху літального апарата (ЛА). Відомий "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з розширеними можливостями" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), модифікований селектор подовжніх мод (МСПМ), модифікований блок дефлекторів (МБД), передавальну оптику (ПРДО), приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), інформаційний блок з розширеними можливостями (ІБРМ) з введенням б, резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори (Дет), фільтри (Ф), формувачі імпульсів (ФІ), "1”│“0", схеми I, 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 Δνм від 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 забезпечує збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип є "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з МСПМ та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, 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, "1”│“0", схеми I, лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки, виконавчі механізми, електронну обчислювальну машину (ЕОМ) та а введення опорного сигналу з частотою Δνм від 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 здійснює об'єктивний контроль у денних і нічних умовах під час проведення випробувань ЛА. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу, який дозволить здійснювати виявлення ЛА, стійке кутове автосупроводження, високоточне вимірювання кутів азимута α і місця β у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальний (Ν) інформаційний взаємозв'язок з ЛА на несучих частотах νη, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей під час проведення випробувань ЛА у нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань та, 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, модифікований селектор подовжніх мод, 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, 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 Δм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах, додатково введено оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів. Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптикоелектронним модулем та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу пов'язана з використанням синхронізованого одномодового богаточастотного випромінювання єдиного лазера-передавача та ЧЧМ [3]. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у виявленні ЛА, стійкому кутовому автосупроводженні, високоточному вимірюванні кутів азимута і місця у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, 1 UA 91563 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 створенні багатоканального (N) інформаційного взаємозв'язку з ЛА на несучих частотах n, здійсненні об'єктивного контролю у денних і нічних умовах, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань та 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; III - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах; а - введення опорного сигналу з частотою Δм (3Δм) від лазера-передавача; б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей α’ і β’) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах каналів. На фіг. 2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування сумарною діаграмою спрямованості (ДС) лазерного випромінювання у невеликому куті і окремо 4-ма ДС в ортогональних площинах. На фіг. 3 приведено створення лазерного сигналу з 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 ЛІВС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, модифікований селектор подовжніх мод 4, модифікований блок дефлекторів 5, передавальну оптику 6, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів 7, приймальну оптику 8, фотодетектор 9, широкосмуговий підсилювач 10, інформаційний блок з розширеними можливостями 11 з введенням б, 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 I 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 та а - введення опорного сигналу з частотою Δм від 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 оптико-електронним модулем та розширеними можливостями для ЛІВС 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: багатоканального (N) інформаційного зв'язку та лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з подовжніх мод (несучих частот n); рівносигнального напрямку на основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки 4-м парціальним діаграм спрямованості, які частково перетинаються, за умови використання комбінацій подовжніх мод ("підфарбованих" різницевими частотами міжмодових биттів) Δ54=5-4= Δм, Δ97=9-7=2Δм, Δ63=6-3=3Δм, Δ82=8-2=6Δм. Також, за допомогою МСПМ та ІБРМ створюється лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом створення лазерного випромінювання з двох окремих несучих частот (η1 та n2) у вигляді двох променів з вертикальною (n1) та горизонтальною (η2) поляризацією (фіг. 3). При цьому випромінювання апертури першого і другого поляризаційних каналів в апертурної плоскості V0U рознесені на відомій відстані Δq. Різність ходу пучків до картинної плоскості ЛА ХОУ змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цим 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. 2 UA 91563 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Період зміни вигляду поляризації визначається базою між випромінювачами Δq 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. Груповий сигнал, який складений з несучих частот  n, минаючи МБД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від інформаційного блока з розширеними можливостями та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається на ЛА (взаємозв'язок) (фіг. 1,2). Водночас сигнал частот міжмодових биттів Δм, 2 Δм, 3 Δм та 6 Δм потрапляє на МБД, який створений з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання попарно зустрічно сканують МБД у кожній з двох ортогональних площин (фіг. 1, 2). При цьому період сканування задається блоком керування дефлекторів, який разом з Лн живляться від керуючого елемента. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот  5,  4 = Δм, 9, 7=2 Δм,  6,  3=3 Δм та  8, 2=6 Δм фокусується в скановані точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній з двох ортогональних площин α і β (X і У). При цьому інформаційні сигнали та лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації на несучих частотах  η проходять вдовж РСН (фіг. 2). Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигнали ДС лазерного випромінювання, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС, за допомогою фотодетектора перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучій частоті і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ПІП 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, які настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів Δм від, 2 Δм від, 3 Δм від, 6 Δм від. При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з ΡΠ Δм від і ΡΠ2 Δм від формують сигнал похибки по куту α, a ΡΠ3 Δм від і ΡΠ6 Δм 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 тощо, що відображається у ЕОМ. Тому у ІБРМ також здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Формування сигналу похибки по куту α полягає у наступному. Введення імпульсного сигналу (а) з опорного каналу Δм, перетвореного ФІ1 у "пачки" опорних імпульсів на частоті Δм оп, надходить на схему "І". Виділений і посилений імпульсний сигнал з ΡΠ Δм від частоти міжмодових биттів Δ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 ΡΠ2 Δм від імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів 2Δм від детектується, виділяючи огинаючу сигналу, що змінюється по такому ж закону 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 виміру 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 початок 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). 3 UA 91563 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Підраховані лічильником імпульси перетворюються цифро-аналоговим перетворювачем в аналоговий сигнал похибки з необхідним знаком, який 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 виконавчого механізму (α), надходить від ПСПα на вхід ЕОМ та виділяється в ній у вигляді числа, пропорційного вимірювальному куту азимута α. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то на схему "І" першим надходить імпульс з ФІ2 міжмодової частоти Δм від, а на тригер надходить другим імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2Δм від (фіг. 1, 5, 6). На схему "І" від тригера подається строб, тривалість якого пропорційна відхиленню ЛА від РСН. Цей часовий інтервал вимірюється методом рахунку імпульсів частоти міжмодових биттів Δм. Оскільки тривалість строба залежить лише від величини відхилення ЛА від РСН, а не від сторони відхилення, необхідно мати схему визначення полярності сигналу похибки («+» або «»). Якщо ЛА буде розташований нижче РСН, то першим надійде імпульс від ФІ2 з каналу 2Δм , а другим - з каналу Δм від. від Визначення знаку («+» або «-») або сторони відхилення ЛА від РСН (фіг. 1; 5 а, б) полягає у наступному. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, імпульс 1 (фіг. 1,5а) від каналу Δм від випереджає імпульс 2 каналу 2Δ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 α залишається позитивним («+»). Якщо ЛА знаходиться нижче РСН (фіг. 5 б), 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 α. Імпульс зі схеми "І" подається на знаковий розряд лічильника імпульсів з частотою Δм Число імпульсів у лічильнику пропорційно куту відхилення α від РСН. Форматування сигналу похибки по куту β відбувається таким же чином, як для сигналу похибки по куту α. Виконавчі механізми ВМα і ΒΜβ розвертають приймально-передавальну платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН каналу АСН, тобто на РСН сумарної ДС лазерного випромінювання, яка сформована з чотирьох парціальних ДС (фіг. 2, 6). 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, об'єктивний контроль та обробка (вимірювання) кутів азимута α і міста β 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 поступає на ЕОМ здійснюється за рахунок використання методів та моделей паралельної часу параметризованої обробки даних. Вимірювальна інформація про тангенціальну швидкість (кутові швидкості) ЛА від каналу кутових швидкостей використовується в ІБРМ, де, завдяки додаткової 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 ЛА, що супроводжується. В разі необхідності виявлення ЛА у заданій точці простору груповий сигнал, який складений з частот міжмодових биттів і несучих частот n, сканується у заданій зоні за заданим законом сканування у вигляді сумарної ДС лазерного випромінювання за допомогою модифікованого блока дефлекторів, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС задається БКД (фіг. 1,2). Кількість інформаційних каналів, що формуються, залежить від кількості мод (vn), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. 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. 4 UA 91563 U 5 10 15 20 25 Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель №60336, Україна, МПК G01S 17/42, G01S17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з розширеними можливостями. /О.В.Коломійцев, Г.В.Альошин, Д.Г. Васильєв та ін. - №u201101748; заяв. 14.02.2011; опубл. 10.06.2011; Бюл.№11.-14с. 2. Патент на корисну модель №75134, Україна, МПК G01S 17/42, G01S17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з МСПМ та розширеними можливостями для ШВС полігонного випробувального комплексу. /О.В.Коломійцев, О.С.Балабуха, К.П.Квіткін та ін. -№ u201204803; заяв. 17.04.2012; опубл. 26.11.2012; Бюл. № 22. -7с 3. Патент на корисну модель J№ 55645, Україна, МПК G01S 17/42, G01S17/66. 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 Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з оптико-електронним модулем та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, 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, тригери "1"│"0", схеми 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 Δм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата для уточнення похибки збігу по кутах, який відрізняється тим, що додатково введено оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів. 5 UA 91563 U 6 UA 91563 U 7 UA 91563 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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