Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і модифікованим блоком дефлекторів та розширеними можливостями для мобільної суміщеної вимірювальної системи

Реферат: Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для мобільної суміщеної вимірювальної системи, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою (Лн), селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів (СПМ БРК), модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з б введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата, що виміряна, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, змішувачі, фільтри, фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів, керуючий генератор, опорний генератор з частотою підставки п, формувач імпульсів, схему "і", формувач мірних імпульсів, лічильник, дешифратор, електронну обчислювальну машину та 6м - введення опорної частоти (6м оп) від передавального лазера (Лн+СПМ БРК), причому додатково введено гіростабілізовану платформу. UA 110336 U (12) UA 110336 U UA 110336 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонована корисна модель належить до галузі електрозв'язку і може бути використана для побудови передавальної частки мобільної суміщеної вимірювальної системи (МСВС). Відомий "Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями 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 (СПМБРК), модифікований блок дефлекторів (МБД), передавальну оптику (ПРДО), приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), інформаційний блок з розширеними можливостями (ІБ-РМ) з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата (ЛА), що виміряна, резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів (ФІ), схему "і" ("І"), лічильник (Лч), змішувачі (ЗМ), фільтр (Ф), формувач мірних імпульсів (ФМІ), дешифратор (ДШ), фазову автопідстройку частоти (ФАПЧ) на частоті міжмодових биттів, керуючий генератор (КГ), опорний генератор (ОГ) з частотою підставки Δν п, електронну обчислювальну машину (ЕОМ) та 6Δνм - введення опорної частоти (6Δνм оп) від передавального лазера (Лн+СПМ БРК). 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, вибраним як прототип є "Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями 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, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, змішувачі, фільтри, фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів, керуючий генератор, опорний генератор з частотою підставки Δν п, формувач імпульсів, схему "і", формувач мірних імпульсів, лічильник, дешифратор, електронну обчислювальну машину та 6Δνм - введення опорної частоти (6Δνм оп) від передавального лазера (Лн+СПМ БРК). Недоліком каналу-прототипу 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. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для мобільної суміщеної вимірювальної системи, який дозволить здійснювати високоточне вимірювання радіальної швидкості ЛА у широкому діапазоні дальностей, багатоканальну (Ν) передачу команд керування на ЛА на частотах міжмодових биттів 9Δνм … ΝΔνмn, 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, пошук ЛА у заданій зоні за заданим законом сканування діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання і, завдяки використанню поляризаційних ознак ЛА, що отримуються, детально розпізнавати його за короткий час. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал-прототип, 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, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, змішувачі, фільтри, фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів, керуючий генератор, опорний генератор з частотою підставки Δνп, формувач імпульсів, схему "і", формувач мірних імпульсів, лічильник, дешифратор, електронну обчислювальну машину та 6Δνм - введення опорної частоти (6Δνм оп) від передавального лазера (Лн+СПМ БРК), додатково введено гіростабілізовану платформу (ГСП). 1 UA 110336 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Побудова каналу вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями 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 радіальної швидкості R' 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 денних і нічних умовах, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, забезпеченні просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймальнопередавальна апаратура і виконавчі механізми та, в разі необхідності, його пошуку у заданій зоні і скороченні часу на розпізнавання. На фіг. 1 приведено передавальний бік узагальненої структурної схеми запропонованого каналу, де: І - вимірювальний сигнал; II - інформаційний сигнал та сигнал з просторовою модуляцією поляризації; III - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах; б введення сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна. На фіг. 2 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: І структурна схема реалізації стежачого принципу вимірювання; II - структурна схема вимірювання радіальної швидкості ЛА. На фіг. 3 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування сумарною ДС лазерного випромінювання у невеликому куті і окремо 4-ма діаграмами спрямованості в ортогональних площинах. На фіг. 4 приведено створення лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації. Запропонований канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями 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, інформаційний блок з розширеними можливостями 11 з б введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, резонансні підсилювачі 12, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, змішувачі (ЗМ 1-13 і ЗМ 214), фільтри (Ф 1-15 і Φ 2-16), фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів 17, керуючий генератор 18, опорний генератор 19 з частотою підставки Δνп, формувач імпульсів 20, схему "і" 21, формувач мірних імпульсів 22, лічильник 23, дешифратор 24, електронну обчислювальну машину 25, гіростабілізовану платформу 26 та 6Δνм - введення опорної частоти (6м оп) від передавального лазера (Лн+СПМ БРК). Робота запропонованого каналу вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для мобільної суміщеної вимірювальної системи полягає у наступному. Зі спектру 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 101=10-1=9м, … Νмn); лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з двох подовжніх мод (несучих частот n1, n2); РСН на основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки 4-м парціальним діаграмам спрямованості, що частково перетинаються, за умови використання комбінацій подовжніх мод ("підфарбованих" різницевими частотами міжмодових биттів) 54=5-4=м, 97=9-7=2м, 63=6-3=3м, 82=8-2=6м. Лазерний сигнал, який складений з частот міжмодових биттів Νмn, минаючи МБД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від ІБРМ та формує багатоканальний (Ν) інформаційний сигнал, що передається на ЛА (створення взаємозв'язку) (фіг. 1, 3). Також, за допомогою СПМ БРК та ІБРМ створюється лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом створення лазерного випромінювання з двох несучих частот 2 UA 110336 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 (n1 та n2) у вигляді двох променів з вертикальною (n1) та горизонтальною (n2) поляризацією (фіг. 4). При цьому випромінювання апертури першого і другого поляризаційних каналів в апертурній площині V0U рознесені на відомій відстані q. Різність ходу пучків до картинної площини ЛА Х0У змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цим різність фаз (амплітуд) між поляризованими компонентами, що ортогональні, поля у картинній площині також змінюється від точки до точки. В залежності від різності фаз (амплітуд) у картинній площині змінюється вигляд поляризації сумарного поля сигналу, що зондує від лінійної через еліптичну і циркулюючу до лінійної, ортогональної до початкової і т.д. Період зміни вигляду поляризації визначається базою між випромінювачами q та відстанню до картинної площини R. Розподіл інтенсивності в реєстрованому зображенні ЛА промодульовано по гармонійному закону з коефіцієнтом модуляції та дорівнює значенню ступеня поляризації випромінювання, що відбито в даній ділянці поверхні ЛА. Водночас імпульсний лазерний сигнал (вимірювальний) частот міжмодових биттів м, 2м, 3м та 6м надходить на МБД, що складається з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання попарно зустрічно сканують МБД у кожній з двох ортогональних площин (фіг. 3). Період сканування задається БКД, який разом з Лн живляться від КЕ. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот 5,4=м, 9,7=2м, 6,3=3м та 9,2=6м 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 9м … Νмn та лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації на несучих частотах n1, n2 проходять вдовж РСН (фіг. 3). Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигнали ДС лазерного випромінювання, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС, за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучих частотах і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються: - в ІБРМ для обробки інформації, що приймається від ЛА та відбитого лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від його поверхні; - по РП, що настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів м від, 2м від, 3м від, 6м від. Імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП 4 (РП 6м), формують сигнал для визначення R' ЛА, а РП 1 (РП м), РП 2 (РП 2м) і РП 3 (РП 3м) - формують сигнали для інших вимірювальних каналів МСВС. 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, що відображається у ЕОМ. Тому у ІБРМ також здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Принцип вимірювання R' ЛА полягає у наступному (фіг. 1, 2). На перший змішувач (ЗМ1) від РП 4 (РП 6м) подається сигнал з частотою 6м від, який змішується через зворотний зв'язок з сумішшю частот 6м від +мп, від КГ та фільтрується. У ФАПЧ на частоті міжмодових биттів цей сигнал змішується з частотою п від ОГ. Отриманий сигнал з частотою г з виходу А керуючого генератора подається на вхід другого змішувача (ЗМ2), де змішується з опорною частотою 6м. Сигнал різницевої частоти 6м від (м-м п), отриманий з виходу Ф2, через ФІ, надходить на схему "І". На лічильник проходить пачка імпульсів, обумовлена мірним інтервалом від ФМІ. Виділена дешифратором кількість рахункових імпульсів пропорційна частоті м допл, перетворюється у ЕОМ в цифроаналоговий сигнал, що у цифровому вигляді відображає радіальну швидкість ЛА на табло. 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. 3 UA 110336 U 5 10 15 20 25 30 35 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 надходить на ЕОМ здійснюється за рахунок використання технології синтезу часупараметризованих паралельних програм. Вимірювальна інформація про тангенціальну швидкість (кутові швидкості) ЛА від каналу кутових швидкостей використовується в ІБРМ, де завдяки додатковій 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 заданій точці простору груповий сигнал, який складений з частот міжмодових биттів і несучих частот n, сканується у вигляді сумарної ДС за допомогою модифікованого блока дефлекторів, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС задається блоком керування дефлекторів (фіг. 1, 3). Гіростабілізована платформа забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи каналу, на якій розміщена суміщена приймально-передавальна апаратура та ВМ по кутах азимута α і місця β. Кількість інформаційних каналів (Ν) залежить від кількості комбінацій парних мод (несучих частот n), 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, що пред'являються до спектру випромінювання одномодового багаточастотного лазерапередавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ: 1. Патент на корисну модель № 89457, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для полігонного випробувального комплексу. /О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201311809; заяв. 07.10.2013; опубл. 25.04.2014; Бюл. № 8. - 6 с. 2. Патент на корисну модель № 100570, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для комбінованої лазерної системи. /О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, А.М. Булай, та ін. - № u201502487; заяв. 19.03.2015; опубл. 27.07.2015; Бюл. № 14. - 7 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. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і модифікованим блоком дефлекторів та розширеними можливостями для мобільної суміщеної вимірювальної системи, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою (Лн), селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів (СПМ БРК), модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, оптикоелектронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата, що виміряна, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, змішувачі, фільтри, фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів, керуючий генератор, опорний генератор з частотою підставки п, формувач імпульсів, схему "і", формувач мірних імпульсів, лічильник, дешифратор, електронну обчислювальну машину та 6м - введення опорної частоти (6м оп) від передавального лазера (Лн+СПМ БРК), який відрізняється тим, що додатково введено гіростабілізовану платформу. 4 UA 110336 U 5 UA 110336 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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