Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями

Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти між U 1 3 дні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер "1"|"0", схему "і", лічильники, фільтр із заданою смугою пропущенім, детектор, диференційовну оптику, підсилювач, фільтр, диференційовні ланцюжки, випрямлячі, електронно-цифрову обчислювальну машину, блок відображення вимірювальної інформації про похилу дальність R до ЛА та багатофункціональний інформаційний блок (БІБ) із б-введенням сигналу тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, для інформаційного взаємозв'язку з ЛА та, в разі необхідності, його розпізнавання. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не використовує лазерний сигнал із просторовою модуляцією поляризації на несучих частотах  n1 та v n2 для детального розпізнавання ЛА. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями, який дозволить виявляти ЛА, одночасно при високоточному 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 v n та, завдяки використання поляризаційних ознак ЛА, що отримуються, детально розпізнавати його за короткий час. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомий канал-прототип, який 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 , 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 пропускання, детектор, диференційовну оптику, підсилювач, фільтр, диференційовні ланцюжки, випрямлячі, електронно-цифрову обчислювальну машину, блок відображення вимірювальної інформації про похилу дальність R до ЛА та багатофункціональний інформаційний блок із бвведенням сигналу тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, для інформаційного взаємозв'язку з ЛА та, в разі необхідності, його розпізнавання додатково після ШП замість БІБ введено інформаційний блок з розширеними можливостями (ІБРМ) із б-введенням сигналу тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна. Побудова каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями пов'язана з використанням МЧЧМВ [3] та синхронізованого одномодового багаточастотного 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 діапа 60333 4 зоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, створенні багатоканального (N) інформаційного взаємозв'язку з ЛА на несучих частотах  n та розширенні набору поляризаційних ознак розпізнавання ЛА, що отримуються, підвищенні ефективності і скороченні часу на його розпізнавання. На Фіг.1 приведено передаючий бік узагальненої структурної схеми запропонованого каналу, де: 1 - вимірювальний сигнал; 2 - інформаційний сигнал та сигнал із просторовою модуляцією поляризації, б-введення сигналу тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) літального апарату, що виміряна. На Фіг.2 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу. На Фіг.3 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування сумарною діаграмою спрямованості (ДС) лазерного випромінювання у невеликому куті і окремо 4-мя ДС 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 блока опорного сигналу; б) - від блока відбитого сигналу. Запропонований канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями 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 , передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями із б-введенням сигналу тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер "1'|"0", схему "і", лічильники, фільтр із заданою смугою пропускання, детектор, диференційовну оптику, підсилювач, фільтр, диференційовні ланцюжки, випрямлячі, електронно-цифрову обчислювальну машину та блок відображення вимірювальної інформації про похилу дальність R до ЛА. Робота запропонованого каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями полягає у наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного 3+ спектра випромінювання YAG:Nd - лазера (або лазера з більш кращими характеристиками) (Лн) за допомогою МСПМ [4] 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 перетинающихся 4-х парціаль 5 них діаграм спрямованості, за умовою використання комбінацій подовжніх мод («підфарбованих» різницевими частотами міжмодових биттів) 54  5   4  м , 54  5   4  2м ,  63   6  3  3м , 82  8   2  6м . Також, за допомогою МСПМ та ІБРМ 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 ) поляризацією (Фіг.4). При цьому випромінювання апертури першого і другого поляризаційних каналів в апертурної 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. Груповий сигнал, який складений із несучих частот  n , минаючи МБД, потрапляє на ПРДО де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від ІБРМ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається на ЛА (взаємозв'язок) (Фіг.1, 3). 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 передавальну оптику, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот:  5 ,  4  м , 9 , 7  2м ,  6 , 3  3м та 8 ,  2  6м фокусується в скануєми точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній із двох ортогональних площин  і β або X і У, при цьому несучі частоти  n (інформаційний сигнал та лазерний сигнал із просторовою модуляцією поляризації) проходять вдовж РСН (Фіг.3). Прийняті прийомною оптикою від ЛА інформаційні та лазерні імпульсні сигнали і огинаючи сигнали ДС лазерного випромінювання відбиті в процесі сканування чотирьох ДС за допомогою фотодетектора перетворюються в електричні ім 60333 6 пульсні сигнали на несучій частоті і різницевих частотах міжмодових биттів. Посилювані ШП вони розподіляються: - в ІБРМ для обробки інформації, що приймається від ЛА; - по РП, які настроєні на відповідні частоти: м , 2м , 3м та 6м . 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, що відображається у ЕЦОМ. Тому у ІБРМ також здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Принцип роботи грубої шкали каналу вимірювання похилої дальності до ЛА (в структурі ЛІВС) полягає в наступному (Фіг.2, 5). На боці, який передає. Виділена модифікованим селектором подовжніх мод із спектру випромінювання лазера перша пара частот 5,4 розщеплюється під дією розщепітеля (призми) на два оптичні сигнали: 1) основний - сканований МБД під певним кутом (з часом Tпр , що задається від БКД), який проходить через перемикач (П) для виділення "бланкуючого" імпульсу (бланк - нуль) і розщепітель, де відбувається виділення додаткового сигналу (2) та надходить на ПРДО і далі на ЛА; 2) додатковий (1) - перетворюваний ФТД в електричний імпульсний сигнал різницевої частота міжмодового биття м та 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 "бланкуючого" імпульсу, проходячи ДО, підсилюється. Фільтр зі смугою пропускання   1/ i (де i - тривалість імпульсу) виділяє з загального сигналу "бланкуючі" імпульси - в імпульси сигнали, які, проходячи ДЛ і Вип (ФІ=ДЛ+Вип) виділяються у вигляді одного короткого імпульсу за початок "бланкуючого" імпульсу та 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 та 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 над 7 ходить з тригера на схему "І" здійснює періодичне "відкриття" і "закриття" проходу для "пачок" імпульсів з ФН, які підраховуються Лч і відпрацьовуються у вигляді числа, котре відповідає R, через ЕЦОМ на БВІ. Таким чином відбувається вимір похилої дальності R 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 перемикача (П) відбувається одночасно для 2-ох пар частот 5,4 і  9,7 . Апаратурні помилки виміру похилої дальності R до ЛА 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 огинаючою при заданому граничному значенні напруги Uп та залежить від форми скануючою ДС лазерного випромінювання І відносини сигнал/шум. Вимірювальна інформація про тангенціальну складову швидкості (кутові швидкості) ЛА використовується в ІБРМ, де завдяки додаткової обробці елементів поляризаційної матриці розсіяння ЛА від отриманого поляризаційного поля (суми сигналів різної поляризації) отримується точне значення кутових швидкостей ЛА, розширюється набір ознак його розпізнавання, підвищується ефективність та скорочується час на розпізнавання ЛА, що супроводжується. В разі необхідності виявлення ЛА у заданій точці простору груповий сигнал, який складений із частот міжмодових биттів і несучих частот  n , сканується у заданій зоні із заданим законом ска 60333 8 нування у вигляді сумарної ДС лазерного випромінювання за допомогою модифікованого блока дефлекторів, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС задається БКД (Фіг.1, 2). Формування сумарної ДС лазерного випромінювання, створення РСН, інформаційного каналу 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. Кількість інформаційних каналів (N), що формуються, залежить від кількості мод (несучих частот  n ), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. Джерела інформації: 1. Патент України на корисну модель №43792, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. 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. - 10 с. 2. Патент України на корисну модель №51061, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з можливістю розпізнавання ЛА. / О.В. Коломійцев, Д.Г. Васильєв, Р.В. Воробйов та ін. №u201001534; Заяв. 15.02.2010; Опубл. 25.06.2010; Бюл. №12. - 12 с. 3. Деклараційний патент України на винахід №65099 А, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 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 - 8 с. 4. Патент України на корисну модель № 43725, Україна, МПК Н04Q 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. - 6 с. 9 60333 10 11 Комп’ютерна верстка А. Рябко 60333 Підписне 12 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