Мобільна суміщена лазерна інформаційно-вимірювальна система для забезпечення полігонних випробувань літального апарата

Реферат: Мобільна суміщена лазерна інформаційно-вимірювальна система для забезпечення полігонних випробувань літального апарата (ЛА) містить приймально-передавальну апаратуру, оптикоелектронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, гіростабілізовану платформу, пристрій для формування каналів, канал вимірювання похилої дальності до ЛА, канал вимірювання кутів азимута і місця, канал вимірювання радіальної швидкості, канал вимірювання кутових швидкостей α' і β', пристрої для формування сигналів похибки по кутах азимута і місця, виконавчі механізми по кутах азимута і місця, інформаційний блок з розширеними можливостями та електронну обчислювальну машину. Додатково введено апаратуру обміну даними. UA 113990 U (12) UA 113990 U UA 113990 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 мобільної суміщеної лазерної інформаційно-вимірювальної системи (МСЛІВС), що забезпечить полігонні випробування літального апарата (ЛА) в структурі полігонного випробувального комплексу. Відома "Лазерна інформаційно-вимірювальна система з оптико-електронним модулем для полігонного випробувального комплексу" [1], яка містить приймально-передавальну апаратуру (ПРМ-ПРД А), оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, пристрій для формування каналів (ПФК), пристрій для формування сигналів (ПФС), пристрій для формування сигналів похибки (ПФСП), виконавчі механізми (ВМ) по кутах азимута і місця, канал вимірювання похилої дальності (R) до ЛА, канал вимірювання радіальної швидкості (R'), канал вимірювання кутів азимута (α) і місця (β), канал вимірювання кутових швидкостей α' і β', електронну обчислювальну машину (ЕОМ) та інформаційний блок з розширеними можливостями (ІБРМ). Недоліком відомої системи є те, що вона не забезпечує дотримання просторової стабілізації ПРМ-ПРД А. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип є "Мобільна суміщена інформаційно-вимірювальна система" [2], яка містить приймальнопередавальну апаратуру, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, пристрій для формування каналів, пристрій для формування сигналів, пристрій для формування сигналів похибки, виконавчі механізми по кутах азимута і місця, канал вимірювання похилої дальності до ЛА, канал вимірювання радіальної швидкості, канал вимірювання кутів азимута і місця, канал вимірювання кутових швидкостей α' і β', електронну обчислювальну машину, інформаційний блок з розширеними можливостями та гіростабілізіровану платформу (ГСП). Недоліком системи-прототипу є те, що вона не здійснює обмін інформацією за радіоканалом з центральним командним пунктом (ЦКЦ). В основу корисної моделі поставлена задача створити мобільну суміщену лазерну інформаційно-вимірювальну систему для забезпечення полігонних випробувань ЛА, яка дозволить здійснювати виявлення ЛА у заданій зоні, видачу команд керування та, при його стійкому кутовому автосупроводженні, одночасно вимірювати R до ЛА, R', кути α і β, кутові швидкості α', β' у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, об'єктивний контроль у денний і нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА і її передачу до споживачів на ЦКП, дотримання просторової стабілізації платформи, на якої розміщені ПРМ-ПРД А і OEM та, в разі необхідності, детально розпізнавати ЛА за короткий час. Поставлена задача вирішується тим, що в систему-прототип, яка містить приймальнопередавальну апаратуру, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, пристрій для формування каналів, пристрій для формування сигналів, пристрій для формування сигналів похибки, виконавчі механізми по кутах азимута і місця, канал вимірювання похилої дальності до ЛА, канал вимірювання радіальної швидкості, канал вимірювання кутів азимута і місця, канал вимірювання кутових швидкостей а' і β', електронну обчислювальну машину, інформаційний блок з розширеними можливостями та гіростабілізіровану платформу, виведено ПФС та додатково введено апаратуру обміну даними (АОД). Побудова мобільної суміщеної лазерної інформаційно-вимірювальної системи для забезпечення полігонних випробувань ЛА пов'язана з використанням одномодового богаточастотного з синхронізацією подовжніх мод випромінювання єдиного лазера-передавача, частотно-часового методу (ЧЧМ) [3], OEM та АОД. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у виявленні ЛА, високоточному вимірюванні похилої дальності, радіальної швидкості, кутів азимута і місця, кутових швидкостей α' і β' у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, передачі команд керування, здійсненні об'єктивного контролю у денних і нічних умовах, збереженні і передачі обробленої інформації споживачам, просторової стабілізації платформи та розпізнаванні ЛА. На фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованої системи. На фіг. 2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування сумарною діаграмою спрямованості (ДС) лазерного випромінювання у невеликому куті і окремо 4-ма ДС в ортогональних площинах. На фіг. 3 приведено зустрічне сканування пар парціальних ДС у кожній з двох ортогональних площин. 1 UA 113990 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 4 приведено створення лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації. Запропонована мобільна суміщена лазерна інформаційно-вимірювальна система для забезпечення полігонних випробувань ЛА містить приймально-передавальну апаратуру 1, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів 2, гіростабілізіровану платформу 3, пристрій для формування каналів 4, канал вимірювання похилої дальності до ЛА 5, канал вимірювання кутів азимута і місця 6, канал вимірювання 1 радіальної швидкості 7, канал вимірювання кутових швидкостей а і β' 8, пристрої для формування сигналів похибки по кутах азимута 9 і місця 10, виконавчі механізми по кутах азимута 11 і місця 12, інформаційний блок з розширеними можливостями 13, електронну обчислювальну машину 14 та апаратуру обміну даними 15. Робота мобільної суміщеної лазерної інформаційно-вимірювальної системи для забезпечення полігонних випробувань ЛА полягає у наступному. У ПРМ-ПРД А зі спектра випромінювання одномодового багаточастотного з синхронізацією подовжніх мод лазера-передавача (Лн) за допомогою модифікованого селектору подовжніх мод (МСПМ), виділяються необхідні моди та їх комбінації для створення: 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 (фіг. 2): ΔV54=V5-V4=ΔVм, ΔV97=V9-V7=2ΔVм, ΔV63=V6-V3=3ΔVм, ΔV82=V8-V2=6ΔVм. - багатоканальної (Ν) передачі інформації (команд керування ЛА), за умови використання сигналу подовжніх мод (на несучих частотах ν n); - лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з двох подовжніх мод (несучих частот νn1, vn2). Зустрічне сканування пар парціальних ДС лазерного випромінювання у кожній з двох ортогональних площин (напівперекритті ДС) створює РСН, який проходить через ЛА (фіг. 2, 3). В разі необхідності виявлення ЛА у заданій точці простору, складений з частот міжмодових биттів груповий сигнал сканується у вигляді сумарної ДС лазерного випромінювання за допомогою модифікованого блока дефлекторів ПРМ-ПРД А, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС задається блоком керування дефлекторів. Передача команд керування на ЛА здійснюється на несучих частотах (ν n), що виділяються МСПМ, а необхідна інформація формується за допомогою ІБРМ та ЕОМ. Кількість інформаційних каналів (N) залежить від кількості мод (v n), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. За необхідністю, за допомогою МСПМ та ІБРМ створюється лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом створення лазерного випромінювання з двох несучих частот (νn1 і vn2) у вигляді двох променів з вертикальною (ν n1) та горизонтальною (vn2) поляризацією (фіг. 4). При цьому випромінювання апертури першого і другого поляризаційних каналів в апертурної плоскості V0U рознесені на відомій відстані Δvq. Різність ходу пучків до картинної плоскості ЛА Х0У змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цим різність фаз (амплітуд) між поляризованими компонентами, що ортогональні, поля у картинної плоскості також змінюється від точки до точки. В залежності від різності фаз (амплітуд) 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 Δvq та відстанню до картинної плоскості 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. Лазерні сигнали з просторовою модуляцією поляризації (ν n1 і vn2) від ІБРМ через ПРМ-ПРД А МСЛІВС разом з командами керування проходять по вздовж РСН. Відбиті від поверхні ЛА сигнали νn1 і vn2, у зворотному напряму приймаються ПРМ-ПРД А, чим забезпечують його детальне розпізнавання. 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 2 UA 113990 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 складі поверхні ЛА, їх характеристики і тощо, що приймається ПРМ-ПРД А і відображається в ЕОМ. Тому у ІБРМ також здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Відбиті сигнали від ЛА на частотах міжмодових биттів обробляються ПРМ-ПРД А та розподіляються ПФК по вимірювальним каналам МСЛІВС. В канапі вимірювання кутів азимута і місця ЛА за тривалістю зрушень періодів огинаючих пачок імпульсів частот міжмодових биттів за один повний прохід ДС лазерного випромінювання у прямому і зворотному напрямку сканування в кожній з двох ортогональних площин часоімпульсним методом з високою точністю вимірюються кути азимута і місця та формуються сигнали похибок по двох осях координат (α і β), які поступають на ПФСП (α і β). В каналі вимірювання кутових швидкостей ЛА за тривалістю півперіодів огинаючих пачок імпульсів частот міжмодових биттів за один прохід ДС лазерного випромінювання у одному (прямому або зворотному) напрямку сканування в кожній з двох ортогональних площин часоімпульсним методом з високою точністю вимірюються кутові швидкості ЛА. Вимірювальна інформація про 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 каналі вимірювання похилої дальності до ЛА, за умови використання запізнювання частот міжмодових биттів, еталонних частот, пікосекундних і "бланкуючих" імпульсів та формуванню багатошкального методу з високою точністю вимірюється похила дальність. В каналі вимірювання радіальної швидкості ЛА, за умови використання запізнювання частот міжмодових биттів, еталонних частот, фазової автопідстройки частоти (частоти підставки) та ефекту Допплера з високою точністю вимірюється радіальна швидкість. В ПФСП по кутах α і β, формуються сигнали похибки по кутових координатах, що корегуються прогнозованими динамічними похибками від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА. Отримані сигнали, через ВМ по кутах α і β, розвертають ГСП, на якій розміщені OEM та ПРМ-ПРД А таким чином, щоб РСН постійно проходив через ЛА. Простабілізована платформа забезпечує дотримання просторової стабілізації ПРМ-ПРД А системи. Оптико-електронний модуль постійно здійснює у денних і нічних умовах у видимому та інфрачервоному діапазонах спостереження за ЛА, який супроводжується. Об'єктивний контроль та інформація про зовнішньотраєкторні вимірювання ЛА (похилу дальність до ЛА, радіальну швидкість, кути азимута і місця, кутові швидкості α', β') обробляється, відображається та запам'ятовується у ЕОМ. Збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, здійснюється в пам'яті ЕОМ. Для цього 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 методів та моделей паралельної часопараметризованої обробки даних. Видача інформації, яка отримана під час проведення випробувань ЛА, споживачам (на ЦКП) та отримання додаткової інформації від керівництва здійснюється за допомогою апаратури обміну даними за радіоканалом. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ: 1. Патент на корисну модель № 91270, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Лазерна інформаційно-вимірювальна система з оптико-електронним модулем для полігонного випробувального комплексу. /О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201401198, заяв. 07.02.2014; опубл. 25.06.2014; Бюл. № 12. - 5 с. 2. Патент на корисну модель № 102676, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Мобільна суміщена інформаційно-вимірювальна система. /Л.Б. Курцева, О.В. Коломійцев, І.І. Сачук та ін. № u201505115; заяв. 25.05.2015; опубл. 10.11.2015; Бюл. № 21. - 6 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. 3 UA 113990 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Мобільна суміщена лазерна інформаційно-вимірювальна система для забезпечення полігонних випробувань літального апарата (ЛА), що містить приймально-передавальну апаратуру, оптикоелектронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, гіростабілізовану платформу, пристрій для формування каналів, канал вимірювання похилої дальності до ЛА, канал вимірювання кутів азимута і місця, канал вимірювання радіальної швидкості, канал вимірювання кутових швидкостей α' і β', пристрої для формування сигналів похибки по кутах азимута і місця, виконавчі механізми по кутах азимута і місця, інформаційний блок з розширеними можливостями та електронну обчислювальну машину, яка відрізняється тим, що додатково введено апаратуру обміну даними. 4 UA 113990 U 5 UA 113990 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