Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів для лівс з розширеними можливостями

Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів для ЛІВС з розширеними можливостями, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодо 3 оптику, підсилювач, фільтр, диференціюємі ланцюжки, випрямлячі, електронно-цифрову обчислювальну машину та блок відображення вимірювальної інформації про похилу дальність R до ЛА. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не використовує прямі виміри тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) для детального розпізнавання ЛА. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів для ЛІВС з розширеними можливостями, який дозволить здійснювати виявлення ЛА у заданій зоні простору і інформаційний взаємозв'язок з ним, високоточне вимірювання похилої дальності у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту та завдяки використання його поляризаційних ознак, що отримуються, детально розпізнавати ЛА 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, призми для частоти міжмодових биттів M, модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів M і 2M, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок для інформаційного взаємозв'язку з ЛА та, в разі необхідності, формування і обробки його зображення, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер „1"|„0", схему „і", лічильники, фільтр із заданою смугою пропускання, детектор, диференціюєму оптику, підсилювач, фільтр, диференціюємі ланцюжки, випрямлячі, електронноцифрову обчислювальну машину та блок відображення вимірювальної інформації про похилу дальність R до ЛА, після ПІП замість МІБ введено інформаційний блок з розширеними можливостями (ІБРМ) із б - введенням сигналу тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна. Побудова каналу вимірювання похилої дальності R до літальних апаратів для ЛІВС з розширеними можливостями, пов'язана з використанням ЧЧМ [3] та синхронізованого одномодового богаточастотного випромінювання єдиного лазерапередавача. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у виявленні і інформаційному взаємозв'язку з ЛА, високоточному вимірюванні похилої дальності до ЛА у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту та розширенні набору поляризаційних ознак розпізнавання ЛА, що отримуються, підвищенні ефективності і скороченні часу на його розпізнавання. На фіг. 1 приведено бік, який передає 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 апарата, що виміряна. 67623 4 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 каналу, де: а) від блоку опорного сигналу; б) від блоку відбитого сигналу. Запропонований канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів для ЛІВС з розширеними можливостями містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів M, модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів M і 2M, 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, диференціюєму оптику, підсилювач, фільтр, диференціюємі ланцюжки, випрямлячі, електронно-цифрову обчислювальну машину та блок відображення вимірювальної інформації про похилу дальність R до ЛА. Робота запропонованого каналу полягає у наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання лазера (Лн) за допомогою СПМ [4] виділяються необхідні пари частот і окремі частоти для створення: - рівносигнального напрямку на основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки частково перетинаючихся 4-х парціальних діаграм спрямованості, за умови використання комбінацій подовжніх мод ("підфарбованих" різницевими частотами міжмодових биттів) 54=5-4=M, 97=9-7=2M, 63=63=3M, 82=8-2=6M; - інформаційного каналу зв'язку, за умови використання сигналу на несучій частоті 1; - лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з подовжньої моди (несучої частоти 10). Сигнал несучої частоти 1, минаючи МБД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від ІБРМ та формує інформаційний сигнал, що передається на ЛА (взаємозв'язок) (фіг. 1-3). Також, за допомогою СПМ та ІБРМ створюється лазерний сигнал із просторовою модуляцією поляризації шляхом розведення лазерного випромінювання (несучої частоти 10) на два променя (10(1) та 10(2)) з поворотом плоскості поляризації на кут 90° в одному з них (фіг. 4). При цьому випромінювання апертури першого і другого каналів в апертурної плоскості U0V рознесені на відстані . Різність ходу пучків до картинної плос 5 кості 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 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  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 M, 2M, 3M та 6M потрапляє на МБД, який створений з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання 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 КЕ. Проходячи через передавальну оптику, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот: 5,4=M, 9,7=2M, 6,3=3M та 8,2=6M фокусується в скануємі точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній із двох ортогональних площин  і  або X і У. При цьому несуча частота 1 та лазерний сигнал із просторовою модуляцією поляризації (10(1) та 10(2)) проходять вдовж РСН (фіг. 3). Принцип роботи грубої шкали каналу вимірювання похилої дальності до ЛА полягає в наступному (фіг. 2, 3). На передаючому боці. Виділена селектором подовжніх мод із спектру випромінювання лазера перша пара частот v5,4, розщеплюється під дією розчеплювача (призми) на два оптичні сигнали: 1) основний - сканується МБД під певним кутом (з часом Тпр, що задається від БКД), який проходить через перемикач (П) для виділення "бланкуючого" імпульсу (бланк - нуль) і розчеплювач, де відбувається виділення додаткового сигналу (2) та надходить на ПРДО і далі на ЛА; 2) додатковий (1) - перетворюється ФТД в електричний імпульсний сигнал різницевої частоти міжмодового биття M та надходить на ФІ1, де відбувається виділення "пачок" імпульсів, прийнятих схемою "І". Прийняті прийомною оптикою від ЛА інформаційні та, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС, лазерні імпульсні сигнали і огинаючи сигнали ДС лазерного випромінювання за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучій частоті і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені широкосмуговим підсилювачем вони розподіляються: - в ІБРМ для обробки інформації, що приймається від ЛА та відбитого лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від його поверхні для розпізнавання ЛА; 67623 6 - по РП, які настроєні на відповідні частоти: M, 2M, 3M, 6M. 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 ІБРМ здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. У зв'язку з тим, що канал, який пропонується, використовується у структурі ЛІВС, імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП1 (PПM) формують сигнал про похилу дальність до ЛА, а РП2, РП3 і РП4 (PП2M, PП3M і РП6м) - до інших вимірювальних каналів (фіг. 1). Отриманий від ФТД додатковий оптичний сигнал частоти 5,4 з "бланкуючими" імпульсами, перетворений в сигнал M, здобуває чіткі границі "бланкуючого" імпульсу та, проходячи ДО, підсилюється. Фільтр зі смугою пропускання П=1/і (де і - тривалість імпульсу) виділяє з загального сигналу "бланкуючі" імпульси - в імпульси сигнали, що, 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 прийомному боці. Відбитий від ЛА основний сигнал частот 5,4 у сумі з груповим, минаючи ПРМО, перетворюється ФТД в електричний імпульсний сигнал M, підсилюється ШП, виділяється в РП, як сигнал міжмодової частоти M і, проходячи через Дет, перетворюється таким же чином, як і додатковий електричний сигнал (2) частоти M та надходить тільки на тригер з індексом "0", "перекидаючи" його. Сигнал, що надходить з тригера на схему "І", здійснює періодичне "відкриття" і "закриття" проходу для "пачок" імпульсів з ФІ1, що підраховуються Лч та відпрацьовуються у вигляді числа R через ЕЦОМ на БВІ. Таким чином відбувається вимір R до ЛА на грубій шкалі. Перехід на точну шкалу (генерація пікосекундних імпульсів) здійснюється одразу після припинення включення перемикача (формування "бланкуючого" імпульсу). Так як канал вимірювання похилої дальності до ЛА пропонується ввести до складу структури ЛІВС з ЧЧМ, то вмикання та вимикання перемикача (П) відбувається одночасно для 2-х (пар) частот 5,4 і 9,7. Апаратурні помилки виміру R до ЛА в запропонованому каналі - це помилки визначення початку і кінця відліку часового інтервалу, помилки за рахунок дискретності та нестабільність частоти проходження тактових (рахункових) імпульсів. Точність оцінки інтервалу визначається крутістю огинаючої при заданому граничному значенні напруги Uп та залежить від форми скануючого ДС лазерного випромінювання і відносини сигнал/шум. 7 Вимірювальна інформація про тангенціальну складову швидкості (кутові швидкості) ЛА від каналу кутових швидкостей використовується в ІБРМ, де завдяки додаткової обробці елементів поляризаційної матриці розсіяння ЛА від отриманого поляризаційного 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. В разі необхідності виявлення ЛА у заданої точки простору груповий сигнал, складений із частот міжмодових биттів сканується у вигляді сумарної діаграми спрямованості лазерного випромінювання за допомогою модифікованого блоку дефлекторів, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС задається БКД (фіг. 1,2). Формування сумарної ДС лазерного випромінювання, створення РСН, інформаційного каналу і лазерного сигналу із просторовою модуляцією поляризації 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. 67623 8 Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель №44838, Україна, МПК G01S17/42, G01S17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з додатковими можливостями. /О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, В.В. Бєлімов та ін. -№ u200906323; заяв. 18.06.2009; опубл. 12.10.2009; Бюл. № 19.-8 с. 2. Патент на корисну модель №56911, Україна, МПК G01S17/42, G01S17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів для ЛІВС з додатковими можливостями. /О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, Д.Г.Васильєв та ін. - № u201011811; заяв. 05.10.2010; опубл. 25.01.2011; Бюл. № 2.-12 с. 3. Патент на корисну модель №55645, Україна, МПК G01S17/42, G01S17/66. 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 № 23215, Україна, МПК Н04Q1/453. Селектор подовжніх мод для лазерної інформаційно-вимірювальної системи. /О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, В.В. Баранник та ін. - № u200700070; заяв. 02.01.2007; опубл. 10.05.2007; Бюл. № 6-6 с. 9 67623 10 11 67623 12 13 67623 14 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601