Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ла для лвс

Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС, який містить керуючий елемент, блок керування де U 1 3 ро-аналогові перетворювачі (ЦАП), фільтри нижніх частот (ФНЧ), підсилювачі (фільтри) сигналу похибки (ПСП), виконуючі механізми, електронноцифрову обчислювальну машину (ЕЦОМ) та а введення опорного сигналу з частотою v м передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) літального апарату для уточнення похибки збігу по кутах. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не може формувати та обробляти зображення ЛА. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС, який дозволить здійснювати точне і стійке кутове автосупроводження ЛА при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута і міста у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, та 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, блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну 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 v м передавального лазера, б введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах, додатково замість СПМ введено модифікований СПМ (МСПМ) [3] та після ШП введено блок формування зображення (БФЗ). Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів 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 стійкому кутовому автосупроводженні ЛА при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута і міста у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, та в разі необхідності, формуванні і обробки зображення ЛА. На Фіг.1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу АСН, де: а - введення опорного сигналу з частотою v м ( 3 v м ) лазера-передавача; б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей ' і ') ЛА для уточнення похибки збігу по кутах каналів; І - для визначення 52159 4 вимірювальної інформації; II - для визначення зображення ЛА. На Фіг.2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування 4-мя діаграмами спрямованості в ортогональних площинах. На Фіг.3 приведено створення лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації. На Фіг.4 приведені епюри напруг з виходів блоків каналу АСН. На Фіг.5 приведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу АСН, які визначають полярність, де: а) - для визначення знаку «+»; б) - для визначення знаку «-». На Фіг.6 приведено кут відхилення ЛА від РСН відносно ЛВС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю формування та обробки зображення ЛА для ЛВС містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, блок формування зображення, 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 v м передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах. Робота запропонованого каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком 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 ДС, 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 uOv рознесені на відстані р. 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 5 52159 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 р 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 v м, 2 v м,3 v м, та 6 v м надходить на блок дефлекторів, що 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 керуючого елемента. Проходячи через передавльну оптику, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот: v 5, v 4 v м, v 9 , v 7 2 v м, v 6 , v 3 3 v м та v 8 , v 2 6 v 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 v n1 та v n2 ) - проходить вдовж РСН (Фіг.2). Прийняті приймальною оптикою від ЛА відбиті в процесі сканування чотирьох ДС лазерні імпульсні сигнали і огинаючи сигнали ДС за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП, вони розподіляються по резонансних підсилювачах, які настроєні на відповідні частоти: v м, 2 v м,3 v м,6 v м . Імпуль сні сигнали радіочастоти, що надходять з РП v м і РП 2 v м - формують сигнал похибки по куту , а РП 3 v м і РП 6 v м - по куту . 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. Формування сигналу похибки по куту , полягає в наступному. Введення з опорного каналу імпульсного сигналу v м (а), перетвореного ФІ1 у «пачки» опорних імпульсів на частоті v м oп , надходить на схему «І». Виділений і посилений імпульсний сигнал з РП v м частоти міжмодових биттів v м 6 (Фіг.4, 5) детектується у виді огинаючої 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) та надходить на тригер «1», перекидаючи його. У цей же час, виділений і посилений РП 2 v м імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів 2 v м детектується, виділяючи огинаючу сигналу, що змінюється по такому ж закону. Проходячи Ф, перетворюється у ФІ2 у крапках переходів періодів коливань в імпульси (один імпульс за період сканування) та надходить на тригер «0», установлюючи його у вихідний стан. Вимір 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 начало і кінець відліку часового інтервалу є граничне значення Uп (порогове значення напруги) (Фіг.5). 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. Відфільтрований у ФНЧ і посилений підсилювачем сигналу похибки, отриманий сигнал відпрацьовується за допомогою ВМ ( ), надходить від ПСЦ на вхід ЕЦОМ 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 міжмодової частоти v м , а на тригер надходить другим імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2 v м (Фіг.1, 5, 6). На схему «І» від тригера подається строб, тривалість якого пропорційна відхиленню ЛА від РСН. Цей часовий інтервал виміряється методом рахунка імпульсів частоти міжмодових биттів v 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 2 v м , а другим - з каналу v м . Визначення знаку («+» або «-»), або сторони відхилення ЛА від РСН (Фіг.1; 5а, б) полягає в наступному. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то імпульс 1 (Фіг.1,5а) від каналу v м випереджає 7 імпульс 2 каналу 2 v м . 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.4 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 v м Число імпульсів у лічильнику пропорційно куту відхилення від РСН. Форматування сигналу похибки по куту , відбувається таким же чином, як для сигналу похибки по куту . ВМ і BM розвертають приймально-передавальну платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН каналу АСН, тобто на РСН сумарної ДС (Фіг.2, 6). Відображення вимірювальної інформації про кути азимута а і міста р ЛА відбувається в ЕЦОМ. Випромінювання, яке знаходиться біля рівня втрат синхронізованого одномодового багаточастотного спектру лазера-передавача та є невеликим за потужністю - не використовується. 52159 8 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 59115 А, Україна, МПК G01S17/42, G01S17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком на підставі модернізованого частотно-часового методу вимірювання. /Г.В.Альошин, О.В.Коломійцев, Д.П.Пашков. - №2003010713; Заяв. 27.01.2003; Опубл. 15.08.2003; Бюл. №8. 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 - 4с. 9 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 52159 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