Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення літальних апаратів для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань

Реферат: Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів (ЛА) з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований 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, 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 (ЕОМ), блок формування зображення, апаратуру обміну даними, гіростабілізовану платформу та м - введення опорної частоти (м oп) від передавального лазера. Додатково, після ЕОМ, введено апаратуру супутникових радіонавігаційних систем. UA 122881 U (12) UA 122881 U UA 122881 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 однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань (СЗТВ). Відомий "Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення літальних апаратів для мобільної суміщеної вимірювальної системи" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), модифікований селектор подовжніх мод (МСПМ), блок дефлекторів (БД), передавальну оптику (ПРДО), оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів (ФІ), схеми "і" ("І"), лічильники (Лч), змішувачі (ЗМ), фільтри (Ф), формувачі мірних імпульсів (ФМІ), дешифратор (ДНІ), фазову автопідстройку частоти (ФАПЧ) на частоті міжмодових биттів, керуючий генератор (КГ), опорний генератор (ОГ) з частотою підставки Δνn, електронну обчислювальну машину (ЕОМ), блок формування зображення (БФЗ), гіростабілізовану платформу (ГСП) та Δνм - введення опорної частоти (Δνм оп) від передавального лазера. Недоліком відомого каналу є те, що він не здійснює обмін інформацією за радіоканалом з центральним командним пунктом (ЦКП). Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип є "Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення літальних апаратів для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптикоелектронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, змішувачі, фільтри, фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів, керуючий генератор, опорний генератор з частотою підставки Δνn, формувач імпульсів, схему "і", формувач мірних імпульсів, лічильник, дешифратор, електронну обчислювальну машину, блок формування зображення, апаратуру обміну даними (АОД), гіростабілізовану платформу та Δνм - введення опорної частоти (Δνм оп) від передавального лазера. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не здійснює оперативну високоточну навігацію. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів (ЛА) з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань, який дозволить здійснювати високоточне вимірювання радіальної швидкості літального апарата, об'єктивний контроль у денний і нічний час, обмін інформацією з споживачами ЦКП, оперативну високоточну навігацію в будь-якій точці земної поверхні, у будь-який час року і доби, за будь-якої погоди та, в разі необхідності, формування і обробку зображення ЛА. Поставлена задача вирішується тим, що містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований 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, змішувачі, фільтри, фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів, керуючий генератор, опорний генератор з частотою підставки n, формувач імпульсів, схему "і", формувач мірних імпульсів, лічильник, дешифратор, електронну обчислювальну машину, блок формування зображення, апаратуру обміну даними, гіростабілізовану платформу та м - введення опорної частоти (м оп) від передавального лазера, згідно з корисною моделлю, додатково, після ЕОМ, введено апаратуру супутникових радіонавігаційних систем (АСРНС). Побудова каналу вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань 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 високоточному вимірюванні радіальної швидкості ЛА, оперативних обробці, відображенні, збереженні і видачі споживачам інформації, яка отримана, високоточній навігації та, в разі необхідності, формуванні і обробки зображення ЛА. 1 UA 122881 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: І вимірювальний сигнал; II - сигнал з просторовою модуляцією поляризації, III - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах. На фіг. 2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування 4-ма діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання (ЛВ) в ортогональних площинах. На фіг. 3 приведено створення лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації. Запропонований канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, модифікований селектор подовжніх мод 4, блок дефлекторів 5, передавальну оптику 6, оптикоелектронний 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, змішувачі (ЗМ 1-12 і ЗМ 2-13), фільтри (Ф 1 --14 і Ф 215), фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів 16, керуючий генератор 17, опорний генератор 18 з частотою підставки n, формувач імпульсів 19, схему "і" 20, формувач мірних імпульсів 21, лічильник 22, дешифратор 23, електронну обчислювальну машину 24, блок формування зображення 25, апаратуру супутникових радіонавігаційних систем 26, апаратуру обміну даними 27, гіростабілізовану платформу 28 та м - введення опорної частоти (м оп) від передавального лазера. Робота запропонованого каналу вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань полягає у наступному. З синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання лазера-передавача (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні пари частот і окремі частоти для створення: - РСН на основі формування сумарної ДС ЛВ, завдяки 4-м парціальним ДС ЛВ, які частково перетинаються за умови використання комбінацій подовжніх мод ("підфарбованих" різницевими частотами міжмодових биттів) Δν54=ν5-ν4=м, Δν97=ν9-ν7=2м, Δν63=ν6-ν3=3м, Δν82=ν8-ν2=6м; - лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з подовжньої моди νn (в подальшому νn1, νn2). За допомогою МСПМ та БФЗ створюється лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом розведення ЛВ (несучої частоти) на два променя з поворотом площини поляризації на кут 90° в одному з них (фіг. 3). При цьому випромінювання апертури першого і другого каналів в апертурної площині U0V рознесені на відстані р. Різність ходу пучків до картинної площини ЛА ХОУ змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цим різність фаз між поляризованими компонентами, що ортогональні, поля у картинній площині також змінюється від точки до точки. В залежності від різності фаз у картинній площині змінюється вигляд поляризації сумарного поля сигналу, що зондує від лінійної через еліптичнуі циркулюючу до лінійної, ортогональної до початкової і т.д. Період зміни вигляду поляризації визначається базою між випромінювачами р та відстанню до картинної площини 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. Сигнал частот міжмодових биттів м, 2м, 3м та 6м надходить на БД, що складається з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС ЛВ попарно зустрічно сканують БД у кожній з двох ортогональних площин (фіг. 1, 2). Період сканування задається БКД, який разом з Лн живиться від керуючого елемента. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот ν5,ν4=м, ν9,ν7=2м, ν6,ν3=3м та ν8,ν2=6м фокусується в скановані точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС ЛВ у кожній з двох ортогональних площин α і β (X і У). При цьому лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації (νn1 та νn2) проходить вдовж РСН (фіг. 2). Прийняті ПРМО від ЛА, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС ЛВ, лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигнали ДС ЛВ за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються: - в БФЗ для обробки відбитого лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від поверхні ЛА; - по РП, що настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів м від, 2м від, 3м від, 6м від. 2 UA 122881 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП1 (РП AvM від), формують сигнал радіальної швидкості, а РП 2 (РП 2м від), РП З (РП 3м від) і РП 4 (РП 6м від) формують сигнали для інших вимірювальних каналів СЗТВ (фіг. 1). 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 тощо, яка відображається у ЕОМ. Тому у БФЗ здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. На перший змішувач (ЗМ1) подається відбитий сигнал з частотою м від, який змішується через зворотний зв'язок зі сумішшю частот м від +м п, від КГ та фільтрується (Ф1). У ФАПЧ на частоті міжмодових биттів цей сигнал змішується з частотою νп від ОГ. Отриманий сигнал з частотою Δνr з виходу А керуючого генератора подається на вхід ЗМ2, де змішується з опорною частотою м оп. Сигнал різницевої частоти м від -(м -м п), отриманий з виходу Ф2, через ФІ надходить на схему "І". На Лч проходить пачка імпульсів, обумовлена мірним інтервалом від ФМІ. Виділена ДТТТ кількість рахункових імпульсів пропорційна частоті νм допл, перетворюється в ЕОМ у цифроаналоговий сигнал, що у цифровому вигляді відображає радіальну швидкість ЛА на цифровому 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. 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 часу параметризованих паралельних програм. Гіростабілізована платформа забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи каналу, на якій розміщена суміщена приймально-передавальна апаратура та виконавчі механізми по кутах азимута α і місця β. Апаратура супутникових радіонавігаційних систем забезпечує можливість в будь-якій точці земної поверхні, у будь-який час року і доби, за будь-якої погоди визначити (уточнити) параметри СЗТВ - три координати і три складові вектора швидкості. 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. Формування сумарної ДС ЛВ, створення РСН та каналу, що пропонується, пов'язано із задоволенням жорстких вимог, що пред'являються до спектра випромінювання одномодового багаточастотного лазера-передавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 103709, Україна, МПК GO I S 17/42, G01 S 17/66. Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи /О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201506405; заяв. 30.06.2015; опубл. 25.12.2015; Бюл. № 24. - 5 с. 2. Патент на корисну модель № 114946, Україна, МПК G01 S 17/42, G01 S 17/'66. Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи /О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. -№ U201610466; заяв. 17.10.2016; опубл. 27.03.2017; Бюл. №6.-5 с 3. Патент на корисну модель №55645, Україна, МПК GO I S 17/42, GO I S 17/66. Частотночасовий метод пошуку, розпізнавання та вимірювання параметрів руху літального апарату /О.В.Коломійцев - № и201005225; заяв. 29.04.2010; опубл. 27.12.2010; Бюл. № 24. - 14 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів (ЛА) з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних 3 UA 122881 U 5 10 вимірювань, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, оптикоелектронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, 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 (ЕОМ), блок формування зображення, апаратуру обміну даними, гіростабілізовану платформу та м - введення опорної частоти (м oп) від передавального лазера, який відрізняється тим, що додатково, після ЕОМ, введено апаратуру супутникових радіонавігаційних систем. 4 UA 122881 U 5 UA 122881 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6