Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком для лвс з розширеними можливостями

Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком для ЛВС з розширеними можливостями, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою (Лн), блок дефлекторів, передавальну 3 фільтри нижніх частот, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки, виконавчі механізми, електронноцифрову обчислювальну машину та а - введення опорного сигналу з частотою м передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах та для розпізнавання ЛА. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не використовує лазерний сигнал із просторовою модуляцією поляризації на несучих частотах n1 та n2 для детального розпізнавання ЛА. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком для ЛВС з розширеними можливостями, який дозволить при стійкому кутовому автосупроводженні ЛА з високою точністю вимірювати кути азимута  і міста  у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, та завдяки використання поляризаційних ознак ЛА детально розпізнати за короткий час. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомий канал-прототип, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передаючу оптику, приймаючу оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, блок розпізнавання, 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, електронно-цифрову обчислювальну машину та а - введення опорного сигналу з частотою м передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах та для розпізнавання ЛА додатково після Лн замість СПМ введено модифікований СПМ (МСПМ) та після ШП замість БР введено блок з розширеними можливостями (БРМ) із введенням б. Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів для ЛВС з розширеними можливостями пов'язана з використанням МЧЧМВ [3] та синхронізованого одномодового богаточастотного випромінювання єдиного лазера-передавача. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у стійкому кутовому автосупроводженні ЛА, високої точності вимірювання кутів азимута і міста у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, 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 АСН, де: а - введення опорного сигналу з частотою м 3м  лазера-передавача; б - введення сигналу від ка 60321 4 налу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей  і  ) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах каналів; І - для визначення вимірювальної інформації; II - для визначення зображення ЛА. На Фіг.2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування 4-мя діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання 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 для ЛВС з розширеними можливостями містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передаючу оптику, приймаючу оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, блок з розширеними можливостями із 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, електронно-цифрову обчислювальну машину та а - введення опорного сигналу з частотою м передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах та розпізнавання ЛА. Робота запропонованого каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком для ЛВС з розширеними можливостями полягає в наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромі3+ нювання YAG:Nd - лазера (або лазера з найбільш кращими показниками) (Лн) за допомогою МСПМ [4] 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 54  5   4  м, 97  9  7  2м,  63   6  3  3м, . 82  8   2  6м Також, за допомогою МСПМ та блока з розширеними можливостями створюється лазерний сигнал із просторовою модуляцією поляризації шляхом створення лазерного випромінювання із двох несучих частот ( n1 та n2 ) у вигляді двох променів з вертикальною n1 та горизонтальною n2  5 поляризацією (Фіг.3). При цьому випромінювання апертури першого і другого поляризаційних каналів в апертурній плоскості V0U рознесені на відомій відстані q . Різність ходу пучків до картинної плоскості ЛА Х0У змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цім 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. Період зміни вигляду поляризації визначається базою між випромінювачами 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. Сигнал частот міжмодових биттів м, 2м, 3м та 6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 передаючу оптику, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот: та 5, 4  м, 9, 7  2м, 6, 3  3м 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 приймальною оптикою від ЛА лазерні імпульсні сигнали і огинаючи сигнали ДС лазерного випромінювання відбиті в процесі сканування чотирьох ДС за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються по РП, які настроєні на відповідні частоти:  мвід , 2 мвід , 3 мвід , 6 мвід . Імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з PП м і РП2 м формують сигнал похибки по куту  , а РП3 м і РП6 м - по куту  . При відбитті лазерного сигналу із 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 і тощо, яка відображається у 60321 6 ЕЦОМ. Тому у БРМ здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Формування сигналу похибки по куту  полягає в наступному. Введення з опорного каналу імпульсного сигналу м (а), перетвореного ФІ1 у «пачки» опорних імпульсів на частоті м оп , надходить на схему «І». Виділений і посилений імпульсний сигнал з PП м частоти міжмодових биттів м (Фіг.3, 4) детектується 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) та надходить на тригер «1», перекидаючи його. У цей же час, виділений і посилений РП2 м імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів 2м детектується, виділяючи огинаючу сигналу, що змінюється по такому ж закону. Проходячи Ф, він перетворюється у ФІ2 у точках 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.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 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 ПСП  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 м , а на тригер надходить другим імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2м (Фіг.1, 4, 5). На схему «І» від тригера подається строб, тривалість якого пропорційна відхиленню ЛА від РСН. Цей часовий інтервал виміряється методом рахунка імпульсів частоти міжмодових биттів м . Оскільки тривалість строба залежить лише від вели 7 чини відхилення ЛА від РСН, а не від сторони відхилення, маємо схему визначення полярності сигналу похибки («+» або «-»). Якщо ЛА буде розташований нижче РСН, то першим надійде імпульс від ФІ2 з каналу 2м , а другим - з каналу м . Визначення знаку («+» або «-»), або сторони відхилення ЛА від РСН (Фіг.1; 4а, б) полягає в наступному. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то імпульс 1 (Фіг.1, 4а) від каналу м випереджає імпульс 2 каналу 2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.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  . Імпульс зі схеми «І» подається на знаковий розряд лічильника імпульсів з частотою 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 ВМ  розвертають приймальнопередавальну платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН каналу АСН, тобто на РСН сумарної ДС (Фіг.2, 5). Відображення вимірювальної інформації про кути азимута  і міста  ЛА відбувається в ЕЦОМ. Вимірювальна інформація про тангенціальну складову швидкості (кутові швидкості) ЛА від каналу кутових швидкостей використовується в БРМ, де завдяки додаткової обробки елементів поляризаційної матриці розсіяння ЛА від отриманого по 60321 8 ляризаційного 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. Формування ДС лазерного випромінювання, створення РСН пов'язано із задоволенням жорстких вимог, що пред'являються до спектру випромінювання одномодового багаточастотного лазерапередавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. Джерела інформації: 1. Деклараційний патент на винахід 59115А, Україна, МПК 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. 10с. 2. Патент України на корисну модель №52933, Україна, МПК G01S17/42, G01S17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю розпізнавання ЛА для ЛВС. / О.В.Коломійцев, О.С.Балабуха, Д.Г.Васильєв та ін. - №u201006294; Заяв. 25.05.2010; Опубл. 10.09.2010; Бюл. №17. - 10с. 3. 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. 4. 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. 9 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 60321 Підписне 10 Тираж 24 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