Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ла для лвс

Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення для ЛВС, який містить керую чий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою (Лн), призми для частоти міжмодових биттів v м , блок дефлекторів, перемикач для Запропонована корисна модель відноситься до галузі електрозв'язку і може бути використана для побудови передаючої частки лазерної вимірювальної системи (ЛВС) з модернізованим частотно-часовим методом вимірювання (МЧЧМВ). Відома «Система автоматичного супроводження літального апарату (ЛА) за напрямком (АСН) на багатомодових лазерах» [1], яка містить послідовно з'єднанні лазер з блоком лазерної накачки (Лн), селектор подовжніх мод (СПМ), передавальну оптику (ПРДО), приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), резонансні підсилювачі (РП), схеми порівняння, пристрій сигналу похибки, виконавчі механізми (ВМ). Недоліками відомої системи є те, що в її структурі немає схеми каналу вимірювання похилої дальності до ЛА. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, обраним як прототип є «Канал вимірювання похилої дальності літальних апаратів на основі модернізованого частотно-часового методу вимірювання» [2], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою, селектор подовжніх мод, vм призми для частоти міжмодових биттів , блок дефлекторів (БД), перемикач для частот міжмодоvм 2 vм вих биттів і , передавальну оптику, приймаючу оптику, фотодетектори (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів (ФІ), тригер („1"|„0"), схему „і" («І»), лічильник (Лч), фільтр із заданою смугою пропускання (Фп), детектор (Д), диференційовану оптику (ДО), підсилювач (П), фільтр (Ф), диференційований ланцюжок (ДЛ), випрямляч (Вип), електронно-цифрову обчислювальну машину (ЕЦОМ) та блок відображення інформації (БВІ) про вимірювальну похилу дальність R. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не може формувати та обробляти зображення ЛА. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС, який дозволить здійснювати високоточне вимірювання похилої дальності до ЛА у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, та (19) UA (11) 52158 (13) U частот міжмодових биттів v м і 2 v м , передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач (ШП), резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер, схему "і", лічильник, фільтр із заданою смугою пропускання, детектор, диференційовну оптику, підсилювач, фільтр, диференційовний ланцюжок, випрямляч, електронно-цифрову обчислювальну машину та блок відображення інформації про вимірювальну похилу дальність, який відрізняється тим, що після Лн додатково введено модифікований селектор подовжніх мод та після ШП додатково введено блок формування зображення. 3 в разі необхідності, формувати і обробляти зображення ЛА. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомий канал-прототип [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод, призму м , блок дефлекдля частоти міжмодових биттів торів, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2 м, призму для частоти міжмодових биттів передавальну оптику, приймаючу оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер, схему „і", лічильник, фільтр із заданою смугою пропускання, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, диференційований ланцюжок, випрямляч, електронно-цифрову обчислювальну машину та блок відображення інформації про вимірювальну похилу дальність R, замість СПМ введено модифікований СПМ (МСПМ) [3] та після ШП введено блок формування зображення (БФЗ). Побудова каналу вимірювання похилої дальності до ЛА з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС пов'язана з використанням МЧЧМВ [4] та синхронізованого одномодового богаточастотного випромінювання єдиного лазера-передавача. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у високоточному вимірюванні похилої дальності до ЛА у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, та в разі необхідності, формуванні і обробки зображення ЛА. На Фіг.1 приведено передаючий бік узагальненої структурної схеми запропонованого каналу. На Фіг.2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування сумарною ДС у невеликому куті і окремо 4-мя діаграмами спрямованості в ортогональних площинах. На Фіг.3 приведено створення лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації. На Фіг.4 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу. На Фіг.5 приведені епюри напруг з виходів блоків вимірювання похилої дальності до ЛА, де: а) від блоку опорного сигналу; б) від блоку відбитого сигналу. Запропонований канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів м, блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2 м, передавальну оптику, приймаючу оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, блок формування зображення, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер, схему „і", лічильник, фільтр із заданою смугою пропускання, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, диференційований ланцюжок, випрямляч, електронноцифрову обчислювальну машину та блок відобрам, 52158 4 ження інформації про вимірювальну похилу дальність. Робота запропонованого каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС полягає в наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання YAG:Nd 3+ - лазера (або лазера з найбільш кращими показниками) (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні пари частот для створення рівносигнального напрямку на основі формування сумарної ДС, завдяки частково перетинаючих 4-х парціальних діаграм спрямованості, за умови використання різницевих частот міжмодових биттів v 54 v 5 v 4 v м, v 97 v 9 v 7 2 v м, v 63 v 6 v 3 3 v м, v 82 v 8 v 2 6 v м. Також, за допомогою МСПМ та блоку формування зображення створюється лазерний сигнал із просторовою модуляцією поляризації шляхом розведення лазерного випромінювання (несучої частоти) на два променя з поворотом плоскості поляризації на кут 90° в одному з них (Фіг.3). При цьому випромінювання апертури першого і другого каналів в апертурної плоскості u0v рознесені на відстані . Різність ходу пучків до картинної плоскості ЛА Х0У змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цім різність фаз між поляризованими компонентами, що ортогональні, поля у картинної 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 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 , 2 м,3 м, та 6 м надходить на БД, що м складається з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС попарно зустрічно сканують БД у кожній із двох ортогональних площин (Фіг.1, 2). Період сканування задається БКД, який разом з Лн живляться від КЕ. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот: 2 м, 6 , 3 3 м 5, 4 м, 9 , 7 та 8, 2 6 м фокусується в скануємі точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС у кожній із двох ортогональних площин і або X і У, при цьому лазерний сигнал із просторовою модуляцією поляризації (на несучих частотах n1 та n2 ) - проходить вдовж РСН (Фіг.2). Прийняті ПРМО від ЛА відбиті в процесі сканування чотирьох ДС, лазерні імпульсні сигнали і огинаючи сигнали ДС за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на різни 5 цевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП, вони розподіляються по резонансних підсилювачах, які настроєні на відповідні частоти: м, 2 м,3 м,6 м . При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП1 (PП м) - формують сигнал про похилу дальність до ЛА, а РП2 (РП2 м), РП3 (РП3 м) і РП 4 (РП6 м) - формують сигнали для інших вимірювальних каналів ЛВС (Фіг.1). При відбитті лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від поверхні ЛА змінюється 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 ЕЦОМ. Тому у БФЗ здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Принцип роботи грубої шкали каналу вимірювання похилої дальності до рухомого під довільним кутом і на різній відстані ЛА, полягає в наступному. На передаючому боці. Виділена МСПМ перша пара частот 5,4 розщеплюється призмою на два оптичних сигнали (Фіг.3, 4): 1) основний - скануємий дефлектором БД під визначеним кутом (з часом Тск, що задається від БКД), який проходить через перемикач («П») для виділення «бланкуючого» імпульсу (бланк - нуль) і розщепітель, де відбувається виділення додаткового сигналу (2) - надходить на ПРДО і далі на ЛА; 2) додатковий (1) - переутворюємий фото детектором в електричний імпульсний сигнал різниvм цевої частоти міжмодових биттів - надходить на ФІ1, де відбувається виділення «пачок» імпульсів, прийнятих схемою «І». Отриманий від ФТД, додатковий оптичний сигнал частоти 5,4 з «бланкуючими» імпульсами перетворений в сигнал м, - здобуває чіткі границі «бланкуючего» імпульсу, проходячи оптику, що диференціює, - підсилюється. Фільтр зі смугою П 1/ і пропущення (де і - тривалість імпульсу) виділяє з загального сигналу «бланкуючі» імпульси - в імпульсні сигнали, які, проходячи ланцюжок що диференціює, і випрямляч - (ФІ=ДЛ+Вип), виділяються у виді одного короткого імпульсу за початок «бланкуючого» імпульсу та надходять на тригер з індексом «1» - включаючи його. На прийомному боці. Відбитий від ЛА основний сигнал частот 5,4 у сумі з груповим, минаючи ПРМО, перетворюється ФД в електричний імпуль 52158 6 сний сигнал м, підсилюється ШП, виділяється в РП, як сигнал частоти міжмодових биттів м і, проходячи через Дет, перетворюється таким же чином, як і додатковий електричний сигнал (2) частоти м, надходить тільки на тригер с індексом «0», «перекидаючи» його. Сигнал, що надходить з тригера на схему «І», здійснює періодичне «відкриття» і «закриття» проходу для «пачок» імпульсів з ФП, що підраховуються лічильником і відпрацьовуються через ЕЦОМ на БВІ у виді числа про похилу дальність R до ЛА. Таким чином відбувається вимір похилої дальності до ЛА на грубій шкалі. Перехід на точну шкалу (генерація пікосекундних імпульсів) здійснюється одразу же після припинення включення перемикача (для формування «бланкуючого» імпульсу). Так як канал виміру R пропонується ввести до складу структури ЛВС з МЧЧМВ, то вмикання та вимикання перемикача відбувається одночасно для 2-ох (пар) частот 5,4 і 9,7. Апаратурні помилки виміру R в запропонованому каналі - це помилки визначення початку і кінця відліку часового інтервалу, помилки за рахунок дискретності і нестабільності частоти проходження тактових (рахункових) імпульсів. Точність оцінки інтервалу визначається крутістю огинаючої U при заданому граничному значенні напруги п , та залежить від форми скануючої ДС і відносини сигнал/шум. Випромінювання, яке знаходиться біля рівня втрат синхронізованого одномодового багаточастотного спектру лазера-передавача та є невелике за потужністю - не використовується. Джерела інформації: 1. Рондин Ю. П., Коломийцев А. В. Система автоматического сопровождения объекта по направлению на многомодовых лазерах. //Информационные системы. Вып. - 1(5). - X.: НАНУ, ПАНИ, ХВУ. - 1997. - С. 35-39. 2. Деклараційний патент на винахід 64961 А, Україна, МПК G01S17/42. Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів на основі модернізованого частотно-часового методу вимірювання. /Г. В. Альошин, О. В. Коломійцев, Д. П. Пашков. - № 2003032665; Заяв. 27.03.2003; Опубл. 15.03.2004; Бюл. №3. - 8с. 3. Патент України на корисну модель №43725, Україна, МПК Н04 Q 1/453. Модифікований селектор подовжніх мод. /О. В. Коломійцев, Г. В. Альошин, В. В. Бєлімов та ін. - №u200903693; Заяв. 15.04.2009; Опубл. 25.08.2009; Бюл. №16. - 6с. 4. Деклараційний патент України на винахід №65099А, Україна, МПК G01 S 17/42, G01 S 17/66. Модернізований частотно-часовий метод вимірювання параметрів руху літальних апаратів. /О. В. Коломійцев - №2003054908; Заяв. 15.03.2004; Опубл. 15.03.2004; Бюл. №3 - 4с. 7 Комп’ютерна верстка Л.Купенко 52158 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601