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

Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА, що містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою (Лн), призми для частоти міжмодових биттів Запропонована корисна модель відноситься до галузі електрозв'язку і може бути використана для синтезу лазерної інформаційно-вимірювальної системи (ЛІВС) з модернізованим частотночасовим методом вимірювання (МЧЧМВ). Відомий «Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів для лазерної інформаційно-вимірювальної системи» [2], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), селектор подовжніх мод (СПМ), призми для частоти міжмодових биттів м , блок дефлекторів (БД), переми вальну машину (ЕЦОМ) та блок відображення вимірювальної інформації (БВІ) про похилу дальність R до літального апарату (ЛА). Недоліком відомого каналу є те, що він не здійснює інформаційний взаємозв'язок з ЛА на несучих частотах n та додаткового сканування сумарною діаграмою спрямованості (ДС) лазерного випромінювання. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, обраним як прототип є «Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з додатковим скануванням» [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, багатоканальний селектор подовжніх мод (БСПМ), призми для частоти міжмодових биттів м , модифікований блок дефлекторів (МБД), перемикач для частот міжмодових биттів м і 2 м , передаючу оптику, приймаючу оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер „1"|„0", схему „і", лічи м , модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів м і (11) UA (19) кач для частот міжмодових биттів м і 2 м, передаючу оптику (ПРДО), приймаючу оптику (ПРМО), фотодетектори (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), інформаційний блок (ІБ), резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер „1"|„0", схему „і" («І»), лічильники (Лч), фільтр із заданою смугою пропущення (Фп), детектор (Дет), диференцюєму оптику (ДО), підсилювач (П), фільтр (Ф), диференцюємі ланцюжки (ДЛ), випрямлячі (Вип), електронно-цифрову обчислю 51668 (13) U 2 м , передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер "1"|"0", схему "і", лічильники, фільтр із заданою смугою пропущення, детектор, диференційовну оптику, підсилювач, фільтр, диференційовні ланцюжки, випрямлячі, електронно-цифрову обчислювальну машину та блок відображення вимірювальної інформації про похилу дальність R до ЛА, який відрізняється тим, що після Лн додатково введено модифікований селектор подовжніх мод, а також введено модифікований інформаційний блок для інформаційного взаємозв'язку з ЛА, та в разі необхідності, формування і обробки його зображення. 3 льники, фільтр із заданою смугою пропущення, детектор, диференцюєму оптику, підсилювач, фільтр, диференцюємі ланцюжки, випрямлячі, електронно-цифрову обчислювальну машину та блок відображення вимірювальної інформації про похилу дальність R до ЛА. Недоліком каналу-найближчого аналога 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, який дозволить виявляти ЛА та при одночасному з високою точністю вимірюванні похилої дальності у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, здійснювати багатоканальний (N) інформаційний взаємозв'язок з ЛА тільки на несучих частотах n , та в разі необхідності, формувати і обробляти його зображення. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомий канал-прототип [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, багатоканальний селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів м , модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2 м, передаючу оптику, приймаючу оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер „1"|„0", схему „і", лічильники, фільтр із заданою смугою пропущення, детектор, диференцюєму оптику, підсилювач, фільтр, диференцюємі ланцюжки, випрямлячі, електронно-цифрову обчислювальну машину та блок відображення вимірювальної інформації про похилу дальність R до ЛА, замість БСПМ введено модифікований СПМ (МСПМ) [3] та замість ІБ введено модифікований ІБ (МІБ) для інформаційного взаємозв'язку з ЛА, та в разі необхідності, формуванні і обробки його зображення. Побудова каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА 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 виявленні ЛА та при одночасному високоточному вимірюванні похилої дальності у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, створенні багатоканального (N) інформаційного взаємозв'язку з ЛА на несучих частотах n , та в разі необхідності, формуванні і обробки його зображення. На Фіг.1 приведено передаючий бік узагальненої структурної схеми запропонованого каналу. На Фіг.2 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу. На Фіг.3 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування сумарною ДС 51668 4 лазерного випромінювання у невеликому куті і окремо 4-мя діаграмами спрямованості в ортогональних площинах. На Фіг.4 приведено створення лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації. 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 містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів м , модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2 м, передаючу оптику, приймаючу оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер „1"|„0", схему „і", лічильники, фільтр із заданою смугою пропущенім, детектор, диференцюєму оптику, підсилювач, фільтр, диференцюємі ланцюжки, випрямлячі, електронно-цифрову обчислювальну машину, блок відображення вимірювальної інформації про похилу дальність R до ЛА та модифікований інформаційний блок для інформаційного взаємозв'язку з ЛА, та в разі необхідності, формуванні і обробки його зображення. Робота запропонованого каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА полягає у наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання YAG:Nd 3+ - лазера (або лазера з більш кращими характеристиками) (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні пари частот і окремі частоти для створення: - багатоканального (N) інформаційного зв'язку та лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації, за умовою використання сигналу з подовжніх мод (несучих частот n ); - рівносигнального напрямку на основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки частково перетинаючих 4-х парціальних діаграм спрямованості, за умовою використання комбінацій подовжніх мод («підфарбованих» різницевими частотами міжмодових биттів) 2 м, 54 5 4 м, 97 9 7 63 6 3 3 м, 82 8 2 6 м Груповий сигнал, який складений із несучих частот n , минаючи МБД, потрапляє на ПРДО де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від МІБ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається на ЛА (взаємозв'язок) (Фіг.1, 3). Також, за допомогою МСПМ та модифікованого інформаційного блоку 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 5 з них (Фіг.4). 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. Водночас сигнал частот міжмодових биттів м, 2 м ,3 м та 6 м потрапляє на МБД, який створений з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС попарно зустрічно сканують МБД у кожній із двох ортогональних площин (Фіг.1, 3). Період сканування задається блоком керування дефлекторів, який разом з Лн живляться від керуючого елемента. Проходячи через передаючу оптику, груповий лазерний імпульсний сигнал пар 2 м , 6 , 3 3 м та частот: 5 , 4 м, 9 , 7 8, 2 6 м фокусується в скануємі крапки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній із двох ортогональних площин і або X і У, при цьому несучі частоти n та лазерний сигнал із просторовою модуляцією поляризації - проходять вдовж РСН (Фіг.3). 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. Тому у модифікованому інформаційному блоці здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Прийняті прийомною оптикою від ЛА інформаційні та відбиті в процесі сканування чотирьох ДС, лазерні імпульсні сигнали і огинаючи сигнали ДС лазерного випромінювання за допомогою фотодетектора перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучій частоті і різницевих частотах міжмодових биттів. Посилювані широкосмуговим підсилювачем, вони розподіляються: - в модифікований інформаційний блок для обробки інформації, що приймається від ЛА та відбитого лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від його поверхні для формування та обробки зображення ЛА; 51668 6 - по РП, які настроєні на відповідні частоти: м ,3 м ,6 м. Принцип роботи грубої шкали каналу вимірювання похилої дальності до ЛА (в структурі ЛІВС) полягає в наступному (Фіг.2, 4). На боці, який передає. Виділена багатоканальним модифікованим селектором подовжніх мод із спектру випромінювання лазера перша пара частот 54 , розщеплюється під дією розщепітеля (призми) на два оптичні сигнали: 1) основний - сканований МБД під певним кутом (з часом Тпр , що задається від БКД), який м, 2 проходить через ключ (К) (для виділення «бланкуючого» імпульсу (бланк - нуль)) і розщепітель, де відбувається виділення додаткового сигналу (2) поступає на ПРДО і далі на ЛА; 2) додатковий (1) - перетворюваний ФТД в електричний імпульсний сигнал різницевої частоти міжмодового биття м - поступає на формувач імпульсів ФІ1, де відбувається виділення «пачок» імпульсів, що приймаються схемою «І». При цьому, отриманий від ФТД, перетворений додатковий оптичний сигнал частоти 5,4 з «бланкуючими» імпульсами в сигнал м , - здобуває чіткі границі «бланкуючого» імпульсу, проходячи ДО, - підсилюється. Фільтр зі смугою пропущення П 1 / і (де і - тривалість імпульсу) виділяє з загального сигналу «бланкуючі» імпульси - в імпульсні сигнали, що, проходячи ДЛ і Вип (ФІ=ДЛ+Вип), виділяються у вигляді одного короткого імпульсу за початок «бланкуючого» імпульсу надходять на тригер з індексом «1», включаючи його. На боці, який приймає. Відбитий від ЛА основний сигнал частот 5,4 , у сумі з груповим, минаючи ПРМО, перетворюється ФТД в електричний імпульсний сигнал м , підсилюється ШП, виділяється в РП, як сигнал міжмодової частоти м від і, проходячи через Дет, перетворюється точно також, як і додатковий електричний сигнал (2) частоти м , надходить тільки на тригер з індексом «0», «перекидаючи» його. Сигнал, що надходить з тригера на схему «І», здійснює періодичне «відкриття» і «закриття» проходу для «пачок» імпульсів з ФІ1, що підраховуються Лч і відпрацьовуються у вигляді числа, котре відповідає R, через ЕЦОМ на БВІ. Таким чином відбувається вимір похилої дальності до ЛА на грубій шкалі. Перехід на точну шкалу (генерація пікосекундних імпульсів) здійснюється одразу після припинення включення ключа (для формування «бланкуючого» імпульсу). Так як канал вимірювання похилої дальності до ЛА пропонується ввести до складу структури ЛІВС з МЧЧМВ, то вмикання та вимикання ключа (К) відбувається одночасно для 2-ох пар частот 5,4 і 9,7 . Апаратурні помилки виміру похилої дальності до ЛА в запропонованому каналі - це помилки ви 7 значення початку і кінця відліку часового інтервалу, помилки за рахунок дискретності і нестабільність частоти проходження тактових (рахункових) імпульсів. Точність оцінки інтервалу визначається крутістю огинаючей при заданому граничному значенні напруги Uп . Це значить, що точність залежить від форми скануючої ДС лазерного випромінювання і відношення сигнал/шум. В разі необхідності виявлення ЛА у заданої крапці простору груповий сигнал, який складений із частот міжмодових биттів і несучих частот n , сканується у заданій зоні із заданим законом сканування у вигляді сумарної ДС лазерного випромінювання за допомогою модифікованого блоку дефлекторів, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС задається БКД (Фіг.1, 2). Випромінювання, яке знаходиться біля рівня втрат синхронізованого одномодового багаточастотного спектру лазера-передавача та є невелике за потужністю - не використовується. Формування сумарної ДС лазерного випромінювання, створення РСН, інформаційного каналу і лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації для каналу, що пропонується, 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. 51668 8 Кількість інформаційних каналів (N), що формуються, залежить від кількості мод (несучих частот n ), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель, №25803, Україна, МПК G01S17/42, G01S17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів для лазерної інформаційно-вимірювальної системи. /О.В.Коломійцев, Г.В.Альошин, В.В.Баранник та ін. - №u200703185; Заяв. 26.03.2007; опубл. 27.08.2007; Бюл. №13 - 8с. 2. Патент України на корисну модель №43792, Україна, MПK G01S17/42, G01S17/66. Канал вимірювання похилої дальності літальних апаратів з додатковим скануванням. /О.В.Коломійцев, Г.В.Альошин, В.В.Бєлімов та ін. - №u200904607; Заяв. 08.05.2009; Опубл. 25.08.2009; Бюл. №16. 10с. 3. Патент України на корисну модель №43725, Україна, МПК Н04Q1/453. 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 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 - 8с. 9 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 51668 Підписне 10 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