Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи

Реферат: Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери "1"|"0", схеми "і", реверсивні лічильники, схеми порівняння, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу та м оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (м оп, 2м оп, 3м оп, 6м оп) від передавального лазера. Крім цього додатково введено апаратуру обміну даними. UA 120560 U (12) UA 120560 U UA 120560 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до галузі електрозв'язку і може бути використана для побудови передавальної частки мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи (МСЛВС). Відомий "Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем для комбінованої лазерної системи" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), модифікований селектор подовжніх мод (МСПМ), блок дефлекторів (БД), передавальну оптику (ПРДО), оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), інформаційний блок (ІБ), резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів (ФІ), тригери "1"|"0", схеми "і" ("І"), резонансні лічильники (РЛч), схеми порівняння (СП), електронну обчислювальну машину (ЕОМ) та Δνм оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (м оп, 2м оп, 3м оп, 6м оп) від передавального лазера. Недоліком відомого каналу є те, що він не забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщується суміщена приймально-передавальна апаратура та виконавчі механізми (ВМ) по кутах азимута α і місця β. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип, є "Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної вимірювальної системи" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери "1"|"0", схеми "і", реверсивні лічильники, схеми порівняння, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу (ГСП) та м оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (м оп, 2м оп, 3м оп, 6м оп) від передавального лазера. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не здійснює обмін інформацією за радіоканалом з центральним командним пунктом (ЦКП). В основу корисної моделі поставлена задача створити канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, який дозволить здійснювати високоточне вимірювання кутових швидкостей (α' і β') літального апарату (ЛА) у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальну (N) передачу команд керування на ЛА, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей під час проведення його випробувань у нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, обмін інформацією зі споживачами ЦКП та дотримання просторової стабілізації платформи, на якої розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і ВМ по кутах азимута α і місця β. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал-прототип, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери "1"|"0", схеми "і", реверсивні лічильники, схеми порівняння, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу та м оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (м оп, 2м оп, 3м оп, 6м оп) від передавального лазера, згідно з корисною моделлю, додатково введено апаратуру обміну даними (АОД). Побудова каналу вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптикоелектронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи пов'язана з використанням одномодового богаточастотного з синхронізацією подовжніх мод випромінювання єдиного лазера-передавача, частотно-часового методу (ЧЧМ) вимірювання [3], OEM та АОД. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає у високоточному вимірюванні кутових швидкостей ЛА, багатоканальної передачі команд керування на ЛА, здійсненні об'єктивного контролю у денних і нічних умовах, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, обміну інформацією зі споживачами та забезпеченні просторової стабілізації платформи, на якої розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і виконавчі механізми. 1 UA 120560 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: а вимірювальний сигнал; б - інформаційний сигнал; в - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах; м оп … - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (м оп, 2м оп, 3м оп, 6м оп) від передавального лазера. На фіг. 2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування 4-ма діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання (ЛВ) в ортогональних площинах. На фіг. 3 приведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу. Запропонований канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптикоелектронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, модифікований селектор подовжніх мод 4, блок дефлекторів 5, передавальну оптику 6, оптико-електронний модуль 7, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику 8, фотодетектор 9, широкосмуговий підсилювач 10, інформаційний блок 11, резонансні підсилювачі 12, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів (ФІ 113, ФІ 2-14, ФІ 3-15), тригери "1"|"0" 16, схеми "і" 17, реверсивні лічильники 18, схеми порівняння 19, електронну обчислювальну машину 20, гіростабілізовану платформу 21, апаратуру обміну даними 22 та м оп - введення опорних сигналів з частотами міжродових биттів (м оп, 2м оп, 3м оп, 6м оп) від передавального лазера. Робота запропонованого каналу вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи полягає у наступному. Зі спектру випромінювання одномодового багаточастотного з синхронізацією подовжніх мод лазера-передавача (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні частоти та їх комбінації для створення: - багатоканальної (N) передачі інформації на ЛА, за умови використання сигналу з подовжніх мод (несучих частот νn); - РСН на основі формування сумарної ДС ЛВ, завдяки 4-м парціальним ДС ЛВ, що частково перетинаються, за умови використання комбінацій подовжніх мод ("підфарбованих" різницевими частотами міжмодових биттів): Δν54=ν5-ν4=Δνм, 97=ν9-ν7=2м, 63=ν6-ν3=3м, 82=ν8-ν2=6м. Груповий сигнал, який складений з несучих частот νn, минаючи БД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від ІБ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається на ЛА (фіг. 1, 2). Водночас сигнал частот міжмодових биттів м, 2м, 3м та 6м потрапляє на БД, який створений з 4-х дефлекторів. Парціальні ДС ЛВ попарно зустрічно сканують БД у кожній з двох ортогональних площин (фіг. 1, 2). Період сканування задається БКД, який разом з Лн живляться від КЕ. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот ν 5,ν4=м, ν9,ν7=2м, ν6,ν3=3м та ν8,ν2=6м фокусується в скановані точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС ЛВ у кожній з двох ортогональних площин α і β (X і У). При цьому інформаційні сигнали (несучі частоти ν n) проходять вдовж РСН (фіг. 2). Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС ЛВ, лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигнали ДС ЛВ задопомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучій частоті і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП, вони розподіляються: - в ІБ для обробки інформації, що приймається від ЛА; - по РП, які налаштовані на відповідні частоти м, 2м, 3м, 6м. При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП 1 і РП 2 (РП м і РП 2м) формують сигнал прискорення α', а РП 3 і РП 4 (РП 3м і РП 6м) - прискорення β'. Формування сигналу прискорення α' полягає у наступному. Виділені імпульси ФІ 1 першої І лінії від опорної частоти м оп надходять на РЛч 1 (фіг. 3). У цей же час відбитий від ЛА оптичний сигнал частоти міжмодових биттів, який перетворюється ФТД у радіочастоту міжмодових биттів м від, змінюється за законом руху ДС ЛВ, перетворюється у другій лінії II ФІ 2 у точках переходів півперіодів сканування в імпульси (один імпульс за півперіод сканування), надходить на тригер "1" та запускає його першим імпульсом. Імпульс від Тр, що надходить першим, відкриває РЛч, для рахування імпульсів від ФІ 1, і схему "І", для перезапису на СП. Другий імпульс від Тр надходить на реверсивний вхід того ж РЛч, який здійснює зворотній рахунок імпульсів, що надходять через нього. Надходячи на Тр третій та ін. імпульси здійснюють дію таким же чином, як перший. Другий імпульс не надходить на 2 UA 120560 U 5 10 15 20 25 30 35 40 схему "І", а третій імпульс надходить, як і перший на ФІ 3, схему "І", пропускає різностне число на СП і т.д. Таким чином, в РЛч записується число імпульсів, порівняно різності подовженого та покороченого (руху ДС ЛВ) півперіоду сканування. Півперіод сканування подовжується тоді, коли швидкість руху ЛА співпадає зі швидкістю руху ДС ЛВ, а коли не співпадає - покорочується (фіг. 3). Формування сигналу прискорення β' відбувається таким же чином, як для прискорення α'. Оптико-електронний модуль постійно здійснює у денних і нічних умовах у видимому та інфрачервоному діапазонах спостереження за ЛА, який супроводжується. Відображення інформації, що приймається (передається) від ЛА, об'єктивний контроль та обробка (вимірювання) кутової швидкості (прискорення α' і β') відбувається в ЕОМ. Для збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, в пам'яті ЕОМ використовується база даних - сукупність взаємопов'язаних даних, організованих у відповідності до схеми даних таким чином, щоб з ними міг працювати користувач. Підвищення швидкості обробки інформації, яка поступає на ЕОМ здійснюється за рахунок використання методів та моделей паралельної часу параметризованої обробки даних. Кількість інформаційних каналів (N) залежить від кількості мод (частот ν n), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. Видача інформації, яка отримана під час проведення випробувань ЛА, споживачам (на ЦКП) та отримання додаткової інформації від керівництва здійснюється за допомогою апаратури обміну даними за радіоканалом. Гіростабілізована платформа забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи каналу, на якої розміщена суміщена приймально-передавальна апаратура та ВМ по кутах азимута α і місця β. 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 лазерапередавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. Джерела інформації: 1. Патент на винахід № 101410, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем для комбінованої лазерної системи / О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201502601; заяв. 23.03.2015; опубл. 10.09.2015; бюл. № 17. - 5 с. 2. Патент на винахід № 111454, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної вимірювальної системи / О.В. Коломійцев, I.I. Сачук, О.М. Дзігора та ін. - № u201604969; заяв. 04.05.2016; опубл. 10.11.2016; бюл. № 21. - 5 с. 3. Патент на корисну модель № 55645, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Частотночасовий метод пошуку, розпізнавання та вимірювання параметрів руху літального апарату / О.В. Коломійцев - № u201005225; заяв. 29.04.2010; опубл. 27.12.2010; бюл. № 24. - 14 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери "1"|"0", схеми "і", реверсивні лічильники, схеми порівняння, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу та м оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (м оп, 2м оп, 3м оп, 6м оп) від передавального лазера, який відрізняється тим, що додатково введено апаратуру обміну даними. 3 UA 120560 U 4 UA 120560 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5