Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з додатковим скануванням та можливістю формування і обробки зображення ла

Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з додатковим скануванням та можливістю формування і обробки зображення ЛА, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, 3 фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|"0"), схеми "і", лінії затримки, лічильники, цифроаналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки, виконавчі механізми, електронно-цифрову обчислювальну машину та а - введення опорного сигналу з частотою Δvм передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах, інформаційний блок для інформаційного взаємозв'язку з ЛА. 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 додатковим скануванням та можливістю формування і обробки зображення ЛА, який дозволить здійснити сканування сумарною ДС у заданій частці простору із заданим законом сканування для виявлення ЛА, багатоканальний (N) інформаційний взаємозв'язок з ним на несучих частотах vn і частоті міжмодових биттів, точне і стійке кутове автосупроводження при одночасному вимірюванні кутів азимута α і міста β у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту та, в разі необхідності, формування і обробку зображення ЛА. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомий канал-прототип, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, багатоканальний селектор подовжніх мод, модифікований 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, виконавчі механізми, електронноцифрову обчислювальну машину, а - введення опорного сигналу з частотою Δvм передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах та інформаційний блок для інформаційного взаємозв'язку з ЛА додатково після ШП замість ІБ введено модифікований інформаційний блок (МІБ). Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з додатковим скануванням та можливістю формування і обробки зображення ЛА пов'язана з використанням ЧЧМ [3] та синхронізованого одномодового багаточастотного випромінювання єдиного лазера-передавача. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у виявленні, стійкому кутовому автосупроводженні ЛА при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута і міста у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальному (N) інформаційному взаємозв'язку з ЛА на несучих частотах vn і частоті міжмодо 61322 4 вих биттів та, в разі необхідності, формуванні і обробці його зображення. На Фіг.1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу АСН, де: І - вимірювальний сигнал; II - інформаційний сигнал та сигнал із просторовою модуляцією поляризації; а введення опорного сигналу з частотою Δvм (3Δvм) лазера-передавача; б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей α' і β') ЛА для уточнення похибки збігу по кутам каналів. На Фіг.2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування сумарною ДС у невеликому куті і окремо 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 каналу АСН, які визначають полярність, де: а) - для визначення знаку "+"; б) - для визначення знаку "-". На Фіг.6 приведено кут відхилення ЛА від РСН відносно ЛІВС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з додатковим скануванням та можливістю формування і обробки зображення ЛА містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, багатоканальний селектор подовжніх мод, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|"0"), схеми "і", лінії затримки, лічильники, цифроаналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки, виконавчі механізми, електронно-цифрову обчислювальну машину та а - введення опорного сигналу з частотою Δvм 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 додатковим скануванням та можливістю формування і обробки зображення ЛА полягає в наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання 3+ YAG:Nd - лазера (або лазера з найбільш кращими показниками) (Лн) за допомогою БСПМ [4] виділяються необхідні пари частот для створення: - багатоканального (N) інформаційного зв'язку, за умови використання сигналу комбінації подовжніх мод (на різницевій частоті міжмодових биттів Δv101=v10-v1=9Δvм), а також подовжніх мод (несучих частот vn); - лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з подовжньої моди vn (в подальшому vn1, vn2); - рівносигнального напрямку на основі формування сумарної ДС, завдяки частково перетинаю 5 чихся 4-х парціальних діаграм спрямованості, за умови використання різницевих частот міжмодових биттів Δv54=v5-v4=Δvм, Δv97=v9-v7=2Δvм, Δv63=v6-v3=3Δvм, Δv82=v8-v2=6Δvм. Груповий сигнал, який складений із частоти міжмодових биттів 9Δvм і несучих частот vn, минаючи МБД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від МІБ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається для ЛА (взаємозв'язок) (Фіг.1, 2). Також, за допомогою БСПМ та модифікованого інформаційного блока створюється лазерний сигнал із просторовою модуляцією поляризації шляхом розведення лазерного випромінювання (несучої частоти vn) на два променя (vn1 та vn2) з поворотом плоскості поляризації на кут 90° в одному з них (Фіг.3). При цьому випромінювання апертури першого і другого каналів в апертурної плоскості U0V рознесені на відстані ρ. Різність ходу пучків до картинної плоскості ЛА Х0Y 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 до начальної і т.д. Період зміни вигляду поляризації визначається базою між випромінювачами ρ 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 Δvм, 2Δvм, 3Δvм та 6Δvм потрапляє на МБД, який створений з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання попарно зустрічно сканують БД у кожній із 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: v5,v4=Δvм, v9,v7=2Δvм, v6,v3=3Δvм та v8,v2=6Δvм фокусується в скануємі точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній із двох ортогональних площин α і β або X і Y. При цьому частоти vn, інформаційний сигнал v10,v1=9Δvм та сигнал із просторовою модуляцією поляризації vn1, vn2 проходять вдовж РСН (Фіг.2, 3). Прийняті ПРМО 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 імпульсні сигнали на несучих частотах і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються: - в МІБ для обробки інформації, що приймається від ЛА та відбитого лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від його поверхні; 61322 6 - по РП, що настроєні на відповідні частоти міжродових биттів: Δvм від, 2Δvм від, 3Δvм від, 6Δvм від. При цьому, імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з PПΔvм і PП2Δvм формують сигнал похибки по куту а, а РП3Δvм і РП6Δvм - по куту β. 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. Тому у МІБ здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Формування сигналу похибки по куту а полягає в наступному. Введення імпульсного сигналу (а) з опорного каналу Δvм, перетвореного ФІ1 у "пачки" опорних імпульсів на частоті Δvм оп, надходить на схему "І". Виділений і посилений імпульсний сигнал з РПΔvм від частоти міжмодових биттів Δvм від (Фіг.4, 5) детектується Дет у виді 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), надходить на тригер "1", перекидаючи його. У цей же час, виділений і посилений PП2Δvм від імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів 2Δvм від детектується, виділяючи огинаючу сигналу, що змінюється за таким же законом і, проходячи Ф, перетворюються у ФІ2 у точках переходів періодів коливань в імпульси (один імпульс за період сканування) та надходить на тригер "0", встановлюючи його у вихідний стан. Задача виміру часового інтервалу із заданою точністю в схемі "І", 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 ЛA 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 виконавчого механізму (α), надходить 7 від ПСЦα на вхід ЕЦОМ та виділяється в ній у вигляді числа, пропорційного вимірюваному куту азимута α. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то на схему "І" першим надходить імпульс з ФІ2 міжмодової частоти Δvм від, а на тригер надходить другим імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2Δvм від (Фіг.1, 4-6). На схему "І" від тригера подається строб, тривалість якого пропорційна відхиленню ЛА від РСН. Цей часовий інтервал виміряється методом рахунка імпульсів частоти міжмодових биттів Δvм. Оскільки тривалість строба залежить лише від величини 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 2Δvм від, а другим - з каналу Δvм від. Визначення знаку "+" або "-", або сторони відхилення ЛА від РСН (Фіг.1; 5 а, б) складається в наступному. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то імпульс 1 (Фіг.1, 5 а) від каналу Δvм від випереджає імпульс 2 каналу 2Δvм від. 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 а залишається позитивним ("+"). Якщо ЛА знаходиться нижче РСН (Фіг.5 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 α. Імпульс зі схеми "І" подається на знаковий розряд лічильника імпульсів з частотою Δvм. Число імпульсів у лічильнику пропорційно куту відхилення α від РСН. Форматування сигналу похибки по куту β відбувається таким же чином, як для сигналу похибки по куту α. Виконавчі механізми ВМα і ВМβ розвертають приймально-передавальну платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН каналу АСН, тобто на РСН сумарної ДС лазерного випромінювання (Фіг.2, 6). 61322 8 Відображення інформації, що приймається (передається) від ЛА та обробка (вимірювання) кутів азимута α і міста β відбувається в ЕЦОМ. В разі необхідності виявлення ЛА у заданої точці простору груповий сигнал, який складений із частот міжмодових биттів і несучих частот vn, сканується у вигляді сумарної ДС 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) залежить від кількості мод (несучих частот vn), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель №23213, Україна, MПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком для лазерної інформаційно-вимірювальної системи. / О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, В.В. Баранник та ін. - №u200700012; заяв. 02.01.2007; опубл. 10.05.2007; Бюл. №6 - 8 с. 2. Патент на корисну модель №43787, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з додатковим скануванням. / О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, В.В. Бєлімов та ін. - №u200904601; заяв. 08.05.2009; опубл. 25.08.2009; Бюл. № 16. 10 с. 3. Патент на корисну модель №55645, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Частотно-часовий метод пошуку, розпізнавання та вимірювання параметрів руху літального апарата. / О.В. Коломійцев - №u201005225; Заяв. 29.04.2010; Опубл. 27.12.2010; Бюл. №24. - 14 с. 4. Патент на корисну модель, №35476, Україна, МПК Н04Q 1/453. Багатофункціональний селектор подовжніх мод / О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, В.В. Баранник та ін. - №u200803489; Заяв. 18.03.2008; опубл. 25.09.2008; Бюл. №18 - 8 с. 9 61322 10 11 61322 12 13 Комп’ютерна верстка А. Рябко 61322 Підписне 14 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