Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком

Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою (Лн), блок дефлекторів, передавальну 3 опорного сигналу з частотою Dnм передаючого лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутам, інформаційний блок (ІБ) для інформаційного взаємозв'язку з ЛА. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не здійснює інформаційного взаємозв'язку з ЛА на несучих частотах nn. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком, який дозволить здійснювати багатоканальний (N) інформаційний взаємозв'язок з ЛА на несучих частотах nn і частоті міжмодових биттів та точне і стійке його кутове автосупроводження при одночасному вимірюванні кутів азимута a і міста b у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту польоту 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, блок дефлекторів, передаючу оптику, приймаючу 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, виконуючі механізми, електронно-цифрову обчислювальну машину та а - введення опорного сигналу з частотою Dnм передаючого лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутам, інформаційний блок для інформаційного взаємозв'язку з ЛА, замість СПМ введено багатоканальний СИМ (БСПМ) [3]. Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком 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 в стійкому кутовому автосупроводженні ЛА при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута і міста у широкому діапазоні дуальностей, починаючи з початкового моменту польоту ЛА та багатоканальному (N) інформаційному взаємозв'язку з ЛА (підвищення об'єму інформації, яка передається та приймається). На Фіг.1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу АСН, де: а - введення опорного сигналу з частотою Dnм (3Dnм) лазера-передавача; б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей a' і b') ЛА для уточнення похибки збігу по кутам каналів. На Фіг.2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування 4-мя діаграмами спрямованості (ДС) в ортогональних площинах. На Фіг.3 приведені епюри напруг з виходів блоків каналу АСН. 43069 4 На Фіг.4 приведені епюри напруг з виходів блоків каналу АСН, які визначають полярність, де: а) - для визначення знаку "+"; б) - для визначення знаку "-". На Фіг.5 приведено кут відхилення ЛА від РСН відносно ЛІВС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, багатоканальний селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передаючу оптику, приймаючу 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, виконуючі механізми, електронно-цифрову обчислювальну машину та а - введення опорного сигналу з частотою Dnм передаючого лазера, б введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутам, інформаційний блок для інформаційного взаємозв'язку з ЛА. Робота запропонованого каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком полягає в наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання YAG:Nd3+ - лазера (або лазера з найбільш кращими показниками) (Лн) за допомогою БСПМ виділяються необхідні пари частот для створення: - багатоканального (N) інформаційного зв'язку, при умові використання сигналу комбінації подовжніх мод (на різницевій частоті міжмодових биттів Dn101=Dn10-n1=9Dnм), а також - подовжніх мод (несучих частот nn); - рівносигнального напрямку на основі формування сумарної ДС, завдяки частково перетинаючихся 4-х парціальних діаграм спрямованості, при умові використання різницевих частот міжмодових биттів Dn54=n5-n4=Dnм, Dn97=n9-n7=2Dnм, Dn63=n6-n3=3Dnм, Dn82=n8-n2=6Dnм. Груповий сигнал, який складений із частоти міжмодових биттів 9Dnм і несучих частот nn, минаючи БД потрапляє на ПРДО де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від ІБ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається для JIA (взаємозв'язок) (Фіг.1, 2). Водночас сигнал частот міжмодових биттів Dnм, 2Dnм, 3Dnм та 6Dnм потрапляє на БД, який створений з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС попарно зустрічне сканують БД у кожній із двох ортогональних площин (Фіг.1, 2). Період сканування задається блоком керування дефлекторів, який разом з Лн забезпечується необхідним живленням від керуючого елемента. Проходячи через передаючу оптику, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот: n5, n4=Dnм, n9, n7=2Dnм, n6, nn3=3Dnм та n8, n2=6Dnм фокусується в скануєми крапки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС у кожній із 5 двох ортогональних площин a і b або Х і У, при цьому частоти nn та n10, n1=9Dnм - проходять вдовж РСН (Фіг.2). Прийняті прийомною оптикою від ЛА інформаційні та відбиті в процесі сканування чотирьох ДС лазерні імпульсні сигнали і огинаючи сигнали ДС за допомогою фотодетектора перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучій частоті і різницевих частотах міжмодових биттів. Посилювані широкосмуговим підсилювачем, вони розподіляються в інформаційний блок для обробки інформації (9Dnм і nn), що приймається від ЛА та по РП, які настроєні на відповідні частоти: Dnм, 2Dnм, 3Dnм, 6Dnм. При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РПDnм і РГОDnм - формують сигнал похибки по куту a, а РП3Dnм і РП6Dnм - по куту b. Формування сигналу похибки по куту a, полягає в наступному. Введення імпульсного сигналу (а) з опорного каналу Dnм, перетвореного ФІ1 у "пачки" опорних імпульсів на частоті Dnм oп, надходить на схему "І". Виділений і посилений імпульсний сигнал з РПDnм частоти міжмодових биттів Dnм (Фіг.3, 4), детектується Дет, у виді огинаючей сигналу, що змінюється за законом руху ДС лазера і, після проходження Ф, перетворюється у ФІ2 у крапках переходів періодів сканування в імпульси (один імпульс за період сканування), надходить на тригер "1", перекидуючи його. У цей же час, виділений і посилений РП2Dnм імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів 2Dnм детектується, виділяючи огинаючу сигналу, що змінюється по такому ж закону і, проходячи Ф, перетворюються у ФІ2 у крапках переходів періодів коливань в імпульси (один імпульс за період сканування) та надходить на тригер "0", установлюючи його у вихідний стан. Задача виміру часового інтервалу в схемі "І" із заданою точністю, полягає у встановленні критерію початку і кінця відліку тимчасового 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 тимчасового 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.4, 5). Підраховані лічильником імпульси, перетворюються цифро-аналоговим перетворювачем 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 кутам. Завдяки обліку вимірювальної інформації від каналу кутових швидкостей (б) у ФНЧ усуваються динамічна і флуктуаційна похибки фільтрації [4]. Відфільтрований у ФНЧ і посилений підсилювачем сигналу похибки, отриманий сигнал відпрацьовується за допомогою ви 43069 6 конавчого механізму (а), надходить від ПСПа на вхід ЕЦОМ та виділяється в ній у виді числа, пропорційного вимірюваному куту азимута a. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то на схему "І" першим надходить імпульс з ФІ2 міжмодової частоти Dnм, а на тригер надходить другим імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2Dnм (Фіг.1, 4, 5). На схему "I" від тригера подається строб, тривалість якого пропорційна відхиленню ЛА від РСН. Цей часовий інтервал виміряється методом рахунка імпульсів частоти міжмодових биттів Dnм. 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 2Dnм, а другим - з каналу Dnм. Визначення знаку ("+" або "-"), чи сторони відхилення ЛА від РСН складається в наступному (Фіг.1; 4а, б). Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то імпульс 1 (Фіг.1, 4а) від каналу Av„ випереджає імпульс 2 канали 2 Dnм. Оскільки строб від тригера затримується на час, що перевищує тривалість імпульсу 1 (або 2), то схема збігів "1" не спрацює, тому що імпульс 1 не збіжиться в часі з даним стробом. Знак сигналу похибки по куту а залишається позитивним. Якщо ЛА знаходиться нижче РСН (Фіг.3б), 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 a. Імпульс зі схеми "І" подається на знаковий розряд лічильника імпульсів з частотою Dnм. Число імпульсів у лічильнику пропорційно куту відхилення a від РСН. Форматування сигналу похибки по куту b, відбувається аналогічним образом, як для сигналу похибки по куту a. Виконавчі механізми ВМa і ВМb, розвертають приймально-передаючу платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН каналу АСН, тобто на РСН сумарної ДС, сформованої з чотирьох парціальних ДН (Фіг.2, 5). Відображення інформації, що приймається (передається) від ЛА та обробка (вимірювання) кутів азимута a і міста b відбувається в ЕЦОМ. Випромінювання, яке знаходиться біля рівня втрат синхронізованого одномодового багаточастотного спектру лазера-передавача та є невелике по потужності - не використовується. Кількість інформаційних каналів (N) залежить від кількості мод (несучих частот nn), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. Джерела інформації: 1. Деклараційний патент на винахід 59115А, Україна, 7МПК G01S17/42, G01S17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком на підставі модернізованого частотночасового методу вимірювання. / Г.В.Альошин, О.В.Коломійцев, Д.П.Пашков. - №2003010713; Заяв. 27.01.2003; Опубл. 15.08.2003; Бюл. №8. - 5с. 2. Патент на корисну модель, №23213, Україна, G01S17/42, G01S17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком 7 для лазерної інформаційно-вимірювальної системи. / О.В.Коломійцев, Г.В.Альошин, В.В.Баранник та ін. - №u200700012; Заяв. 02.01.2007; опубл. 10.05.2007; Бюл. №6 - 8с. 3. Патент на корисну модель, №35476, Україна, Н04Q1/453. Багатофункціональний селектор подовжніх мод / О.В.Коломійцев, Г.В.Альошин, 43069 8 В.В.Баранник та ін. - №u200803489; Заяв. 18.03.2008; опубл. 25.09.2008; Бюл. №18 -8с. 4. Деклараційний патент України на винахід №65099А, Україна, G01S17/42, G01S17/66. Модернізований частотно-часовий метод вимірювання параметрів руху літальних апаратів. / О.В.Коломійцев - №2003054908; Заяв. 15.03.2004; Опубл. 15.03.2004; Бюл. №3 - 4с. 9 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 43069 Підписне 10 Тираж 28 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