Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку, формування і обробки зображення ла для мобільної суміщеної вимірювальної системи

Реферат: Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку, формування і обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери, реверсивні лічильники, схеми «і», схеми порівняння, електронну обчислювальну машину та м оп введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (м оп, 2м оп, 3м оп, 6м оп) від передавального лазера. Додатково введено гіростабілізовану платформу. UA 108666 U (12) UA 108666 U UA 108666 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електрозв'язку і може бути використана для побудови передавальної частки мобільної суміщеної вимірювальної системи (МСВС). Відомий "Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку, формування і обробки зображення ЛА для полігонного випробувального комплексу" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів (СПМ БРК), модифікований блок дефлекторів (МБД), передавальну оптику (ПРДО), приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), модифікований інформаційний блок (МІБ), 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 (Δνм оп, 2Δνм оп, 3Δνм оп, 6Δνм оп) від передавального лазера. Недоліком відомого каналу є те, що він не здійснює об'єктивний контроль у денних і нічних умовах під час проведення випробувань літального апарату (ЛА). Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним за прототип є "Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку, формування і обробки зображення ЛА для комбінованої лазерної системи" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери, реверсивні лічильники, схеми "і", схеми порівняння, електронну обчислювальну машину та Δνм оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δνм оп, 2Δνм оп, 3Δνм оп, 6Δνм оп) від передавального лазера. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розмішується суміщена приймально-передавальна апаратура та виконавчі механізми (ВМ) по кутах азимута α і місця β. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку, формування і обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи, який дозволить здійснювати високоточне вимірювання кутових швидкостей (прискорення α' і β') ЛА, багатоканальну (N) передачу команд керування на ЛА на частотах міжмодових биттів 9Δνм … NΔνмn, 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 якої розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і ВМ по кутах азимута а і місця Р та, в разі необхідності, пошук ЛА у заданій зоні за заданим законом сканування, формування і обробку його зображення. Поставлена задача вирішується тим, що у канал-прототип, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніхмод з багаточастотним розділенням каналів, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, оптикоелектронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери, реверсивні лічильники, схеми "і", схеми порівняння, електронну обчислювальну машину та Δνм оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δνм оп, 2Δνм оп, 3Δνм оп, 6Δνм оп) від передавального лазера, додатково введено гіростабілізовану платформу (ГСП). Побудова каналу вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку, формування і обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи пов'язана з використанням одномодового богаточастотного з синхронізацією подовжніх мод випромінювання єдиного лазера-передавача, частотно-часового методу (ЧЧМ) вимірювання [3] та OEM. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у високоточному вимірюванні кутової швидкості (прискорення α' і β') ЛА у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальної (N) передачі команд керування на ЛА на частотах міжмодових биттів, здійсненні об'єктивного контролю у 1 UA 108666 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 денних і нічних умовах, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, забезпеченні просторової стабілізації платформи, на якої розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і виконавчі механізми та, в разі необхідності, його пошуку у заданій зоні, формуванні і обробки зображення. На Фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: а вимірювальний сигнал; б - інформаційний сигнал та сигнал з просторовою модуляцією поляризації; с - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах; Δνм оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δνм оп, 2Δνм оп, 3Δνм оп, 6Δνм оп) від передавального лазера. На Фіг. 2 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. 3 приведено створення лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації. На Фіг. 4 приведені епюри напруг з виходів блоків пропонованого каналу. Запропонований канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку, формування і обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів 4, модифікований 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, модифікований інформаційний блок 11, резонансні підсилювачі 12, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів (ФІ 1-13, ФІ 2-14, ФІ 3-15), тригери 16, реверсивні лічильники 17, схеми „і" 18, схеми порівняння 19, електронну обчислювальну машину 20, гіростабілізовану платформу 21 та Δνм оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δνм оп, 2Δνм оп, 3Δνм оп, 6Δνм оп) від передавального лазера. Робота запропонованого каналу вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку, формування і обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи полягає у наступному. Зі спектра випромінювання одномодового багаточастотного з синхронізацією подовжніх мод лазера-передавача (Лн) за допомогою СПМ БРК виділяються необхідні пари частот для створення: багатоканального (N) інформаційного зв'язку, за умови використання сигналів комбінацій подовжніх мод (на різницевій частоті міжмодових биттів Δν101=ν10-ν1=9Δνм, … NΔνмn); лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з двох подовжніх мод (несучих частот νn1, νn2); РСН на основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки 4-х парціальних діаграм спрямованості, що частково перетинаються, за умови використання комбінацій подовжніх мод ("підфарбованих" різницевими частотами міжмодових биттів) Δν54=ν5-ν4=Δνм, Δν97=ν9-ν7=2Δνм, Δν63=ν6-ν3=3Δνм, Δν82=ν8-ν2=6Δνм. Лазерний сигнал, який складений з частот міжмодових биттів NΔνмn, минаючи МБД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від МІБ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається на ЛА (Фіг. 1, 2). За допомогою СПМ БРК та МІБ створюються два лазерні сигнали з просторовою модуляцією поляризації шляхом розведення лазерного випромінювання (кожної несучої частоти νn1 та νn2) на два променя з поворотом плоскості поляризації на кут 90° в одному з них (νn1a, vn1б, та νn2a, νn2б, Фіг. 2, 3). При цьому випромінювання апертури першого і другого каналів в апертурній плоскості U0V рознесені на відстані р. Різність ходу пучків до картинної плоскості ЛА ХОУ змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цим різність фаз між поляризованими компонентами, що ортогональні, поля у картинній 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 р та відстанню до картинної плоскості R. Розподіл інтенсивності в реєстрованому зображенні ЛА промодульовано по гармонійному закону з коефіцієнтом модуляції і дорівнює значенню ступеня поляризації випромінювання, що відбито, в даній ділянці поверхні ЛА. Водночас імпульсний лазерний сигнал (вимірювальний) частот міжмодових биттів Δνм, 2Δνм, 3Δνм та 6ΔνM надходить на МБД, що складається з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання попарно зустрічно сканують МБД у кожній з двох 2 UA 108666 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ортогональних площин (Фіг. 1, 2). Період сканування задається БКД, який разом з Лн живляться від керуючого елемента. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот ν5,ν4=Δνм, ν9,ν7=2Δνм, ν6,ν3=3Δνм та ν8,ν2=6Δνм фокусується в скановані точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній з двох ортогональних площин α і β (X і У), при цьому груповий (інформаційний) лазерний сигнал частот 9Δνм … NΔνмn та лазерні сигнали з просторовою модуляцією поляризації (νn1a, νn1б, та νn2a, νn2б) проходять вдовж РСН (Фіг. 2). При відбитті лазерного сигналу з 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, відображається у ЕОМ. Тому у МІБ здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Прийняті ПРМО від ЛА, відбиті в процесі сканування 4-ох ДС лазерного випромінювання, лазерні імпульсні сигнали і огинаючи сигнали ДС за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються: в МІБ для обробки інформації, що приймається від ЛА та відбитого лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від його поверхні для формування і обробки зображення ЛА; по РП, що настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів Δνм від, 2Δνм від, 3Δνм від, 6Δνм від. Імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП 1 і РП 2 (РП Δνм від і РП 2Δνм від) формують сигнал прискорення α', а РП 3 і РП 4 (РП 3Δνм від і РП 6Δνм від) - прискорення β'. Формування сигналу прискорення а' полягає у наступному. Виділені імпульси ФІ 1 першої І лінії від опорної частоти Δνм оп надходять на РЛч 1 (Фіг. 1, 4). У цей же час відбитий від ЛА оптичний сигнал частоти міжмодових биттів, який перетворюється ФТД у радіочастоту міжмодових биттів Δνм від, змінюється за законом руху ДС лазерного випромінювання, 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. Перший імпульс, який надходить від тригера відкриває РЛч для рахування імпульсів від ФІ 1 і схему "І" для перезапису на схему порівняння. Другий імпульс від тригера надходить на реверсивний вхід того ж РЛч, який здійснює зворотній рахунок імпульсів, що надходять через нього. Третій та наступні імпульси, надходять на тригер і роблять аналогічні дії першому. Другий імпульс не надходить на схему "І", а третій імпульс, як і перший, надходить на ФІ 3, схему "І", пропускає різностне число на схему порівняння і т.д. Таким чином, в РЛч записується число імпульсів порівняно різності подовженого та покороченого (руху ДС) півперіоду сканування. Півперіод сканування подовжується тоді, коли швидкість ЛА співпадає зі швидкістю руху ДС, а коли не співпадає - покорочується. 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 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. Гіростабілізована платформа забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи каналу, на якої розміщена суміщена приймально-передавальна апаратура та ВМ по кутах азимута α і місця β. В разі необхідності виявлення ЛА у заданій точці простору груповий сигнал, який складений з частот міжмодових биттів і несучих частот νn, сканується у вигляді сумарної ДС за допомогою модифікованого блока дефлекторів, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС задається БКД (Фіг. 1, 2). 3 UA 108666 U 5 10 15 20 Кількість інформаційних каналів (N) залежить від комбінацій парних мод (νn), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. Формування сумарної ДС лазерного випромінювання, створення РСН, інформаційного каналу для каналу, що пропонується, пов'язано із задоволенням жорстких вимог, які пред'являються до спектра випромінювання одномодового багаточастотного лазерапередавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 85946, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку, формування і обробки зображення ЛА для полігонного випробувального комплексу./ О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201306336; заяв. 22.05.2013; опубл. 10.12.2013; Бюл. № 23. - 6 с. 2. Патент на корисну модель № 101398, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку, формування і обробки зображення ЛА для комбінованої лазерної системи./ О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201502491; заяв. 19.03.2015; опубл. 10.09.2015; Бюл. № 17. - 6 с. 3. Патент на корисну модель № 55645, Україна, MПK 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 25 30 35 Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку, формування і обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи, що містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери, реверсивні лічильники, схеми «і», схеми порівняння, електронну обчислювальну машину 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 гіростабілізовану платформу. 4 UA 108666 U 5 UA 108666 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6