Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю розпізнавання літальних апаратів для мобільної суміщеної вимірювальної системи

Реферат: Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю розпізнавання літальних апаратів для мобільної суміщеної вимірювальної системи, містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль. Додатково введено гіростабілізовану платформу. UA 103671 U (12) UA 103671 U UA 103671 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 вимірювальної системи (МСВС). Відомий "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю розпізнавання ЛА для ЛВС полігонного випробувального комплексу" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), селектор подовжніх мод (СПМ), блок дефлекторів (БД), передавальну оптику (ПРДО), приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори (Дет.), фільтри (Ф), формувачі імпульсів (ФІ), тригери ("1"|"0"), схеми І, лінії затримки (ЛЗ), лічильники (Лч), цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП), фільтри нижніх частот (ФНЧ), підсилювачі (фільтри) сигналу похибки (ПСП), виконавчі механізми (ВМ), електронну обчислювальну машину (ЕОМ), блок розпізнавання (БР) та а - введення опорного сигналу з частотою Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарату (ЛА). Недоліком відомого каналу є те, що він не здійснює об'єктивний контроль у денних і нічних умовах під час проведення випробувань ЛА. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибрано як прототип, є "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю розпізнавання ЛА для комбінованої лазерної системи" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, 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, електронну обчислювальну машину, блок розпізнавання та а - введення опорного сигналу з частотою Δνм від передавального лазера, б – введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи, на якої розміщується суміщена приймально-передавальна апаратура та виконавчі механізми по кутах азимута α і місця β. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи, який дозволить здійснювати точне і стійке кутове автосупроводження ЛА при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута α і міста β у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей під час проведення випробувань ЛА у нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і ВМ по кутах азимута α і місця β та, в разі необхідності, його розпізнавання. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал-прототип, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, 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, електронну обчислювальну машину, блок розпізнавання та а - введення опорного сигналу з частотою Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, додатково введено гіростабілізовану платформу (ГСП). Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів з можливістю розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи пов'язана з використанням одномодового богаточастотного з синхронізацією подовжніх мод випромінювання єдиного лазера-передавача, частотно-часового методу (ЧЧМ) [3] та OEM. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у стійкому кутовому автосупроводженні ЛА при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута і місця у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, здійсненні об'єктивного контролю у денних і нічних умовах, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, забезпеченні просторової стабілізації 1 UA 103671 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і виконавчі механізми та, в разі необхідності, його розпізнаванні. На фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: а введення опорного сигналу з частотою Δνм (3Δνм) від передавального лазера; б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей α' і β') ЛА; І вимірювальний сигнал; II - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах. На фіг. 2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування 4-ма діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання в ортогональних площинах. На фіг. 3 приведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу. На фіг. 4 приведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу, які визначають полярність, де: а) - для визначення знаку "+"; б) - для визначення знаку "-". На фіг. 5 приведено кут відхилення ЛА від РСН відносно МСВС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, селектор подовжніх мод 4, блок дефлекторів 5, передавальну оптику 6, оптико-електронний модуль 7, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику 8, фотодетектор 9, широкосмуговий підсилювач 10, резонансні підсилювачі 11, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори 12, фільтри 13, формувачі імпульсів (ФІ1-14, ФІ 2-15), тригери ("1"|"0") 16, схеми І 17, лінії затримки 18, лічильники 19, цифро-аналогові перетворювачі 20, фільтри нижніх частот 21, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки 22, виконавчі механізми 23, електронну обчислювальну машину 24, блок розпізнавання 25, гіростабілізовану платформу 26 та а - введення опорного сигналу з частотою Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА. Робота запропонованого каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи полягає у наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання лазерапередавача за допомогою СПМ виділяються необхідні пари частот для створення РСН на основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки 4-х парціальних ДС, що частково перетинаються, за умови використання комбінацій подовжніх мод ("підфарбованих" різницевими частотами міжмодових биттів) 5 Δv54=v5-v4=Δνм, Δv97=v9-v7=2Δνм, Δv63=v6-V3=3Δνм, Δv82=v8-v2=6Δνм. Водночас сигнал частот міжмодових биттів Δνм, 2Δνм, 3Δνм та 6ΔvM потрапляє на БД, який створений з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання 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 v5,v4=Δνм, v9,v7=2Δνм, v6,v3=3Δνм та v8, v2=6Δνм фокусується в скановані точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній з двох ортогональних площин α і β або X і У, при цьому створюється РСН (фіг. 2). Прийняті ПРМО від ЛА лазерні імпульсні сигнали і огинаючі 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, щонастроєні на відповідні частоти міжмодових биттів Δνм від., 2Δνм від., 3Δνм від., 6Δνм від. При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП Δνм від. і РП 2 Δνм від. формують сигнал похибки по куту α, а РП 3 Δνм від. і РП 6 Δνм від. - по куту β. Формування сигналу похибки по куту α полягає у наступному. Введення імпульсного сигналу (а) з опорного каналу Δνм, перетвореного ФІ1 у "пачки" опорних імпульсів на частоті Δνм оп, надходить на схему І. Виділений і посилений імпульсний сигнал з ΡΠΔνм від частоти міжмодових биттів Δνм від. детектується Дет 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), надходить на тригер "1", перекидуючи його (фіг. 4, 5). У цей же час, виділений і посилений ΡΠ 2Δνм від. імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів 2Δνм від. детектується, виділяючи огинаючу сигналу, що змінюється за таким же законом і, проходячи Ф, перетворюється у ФІ2 у точках переходів періодів коливань в імпульси (один імпульс за період сканування) та надходить на тригер "0", встановлюючи його у вихідний стан. 2 UA 103671 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 початок і кінець відліку часового інтервалу є граничне значення Uп (порогове значення напруги) (фіг. 3). 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 виконавчого механізму (α), надходить від ПСПα на вхід ЕОМ та виділяється в неї у вигляді числа, пропорційного вимірюваному куту азимута α. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то на схему "І" першим надходить імпульс з ФІ2 міжмодової частоти Δνм від., а на тригер надходить другим імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2Δνм від. (фіг. 1, 3, 4). На схему І від тригера подається строб, тривалість якого пропорційна відхиленню ЛА від РСН. Цей часовий інтервал виміряється методом рахунку імпульсів частоти міжмодових биттів Δνм. 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 2Δνм від., а другим - з каналу Δνм від… Визначення знаку "+" або "-", або сторони відхилення ЛА від РСН (фіг. 1, 4 а, б) полягає у наступному. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то імпульс 1 від каналу Δνм від. випереджає імпульс 2 каналу 2Δνм від. (фіг. 1,4 а). 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 α залишається позитивним ("+"). Якщо ЛА знаходиться нижче рівносигнального напрямку, то імпульс 1 відстає від імпульсу 2, тому він збігається в часі зі стробом (фіг. 4 б). 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 Δνм. 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 рівносигнальному напрямку запропонованого каналу, тобто на РСН сумарної ДС лазерного випромінювання (фіг. 2, 5). Гіростабілізована платформа забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи каналу, на якій розміщена суміщена приймально-передавальна апаратура та ВМ по кутах азимута α і місця β. Оптико-електронний модуль постійно здійснює у денних і нічних умовах у видимому та інфрачервоному діапазонах спостереження за ЛА, який супроводжується. Об'єктивний контроль та обробка (вимірювання) кутів азимута α і міста 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 технології синтезу часу параметризованих паралельних програм. Вимірювальна інформація про тангенціальну швидкість (кутові швидкості) ЛА від каналу кутових швидкостей використовується в БР для розпізнавання ЛА, що супроводжується. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 75248, Україна, МПК G01 S 17/42. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю розпізнавання ЛА для ЛВС 3 UA 103671 U 5 полігонного випробувального комплексу. /О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, Д.Г. Васильєв та ін. № u201205824; заяв. 14.05.2012; опубл. 26.11.2012; Бюл. № 22. - 6 с. 2. Патент на корисну модель № 92687, Україна, МПК G01 S 17/42. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю розпізнавання ЛА для комбінованої лазерної системи. /О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Пєвцов та ін. - №и201403586; заяв. 07.04.2014; опубл. 26.08.2014; Бюл. № 16. - 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. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з можливістю розпізнавання літальних апаратів для мобільної суміщеної вимірювальної системи, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|"0"), схеми I, лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки, виконавчі механізми, електронну обчислювальну машину, блок розпізнавання та а - введення опорного сигналу з частотою Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата, який відрізняється тим, що додатково введено гіростабілізовану платформу. 4 UA 103671 U 5 UA 103671 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 6