Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення літальних апаратів для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань

Реферат: Канал вимірювання похилої дальності до 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, призми для частоти міжмодових биттів Δνм, блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів Δνм і 2 Δνм, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, схему "і", фільтр із заданою смугою пропускання, диференційований ланцюжок, випрямляч, тригер, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, лічильник, електронну обчислювальну машину (ЕОМ), блок формування зображення, апаратуру обміну даними та гіростабілізовану платформу. При цьому, додатково, після ЕОМ, введено апаратуру супутникових радіонавігаційних систем. UA 122885 U (12) UA 122885 U UA 122885 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 похилої дальності до 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), призми для частоти міжмодових биттів Δνм, блок дефлекторів (БД), перемикач для частот міжмодових биттів Δνм і 2Δνм, передавальну оптику (ПРДО), оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику (ПРМО), фотодетектори (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів (ФІ), тригер („Г'|„0"), схему „і" ("І"), лічильник (Лч), фільтр із заданою смугою пропускання (Фп), детектор (Д), диференційовану оптику (ДО), підсилювач (П), фільтр (Ф), диференційований ланцюжок (ДЛ), випрямляч (Вип), електронну обчислювальну машину (ЕОМ), блок формування зображення (БФЗ) та гіростабілізовану платформу (ГСП). 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 похилої дальності до 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, призми для частоти міжмодових биттів м, блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2м, передавальну оптику, оптикоелектронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, схему „і", фільтр із заданою смугою пропускання, диференційований ланцюжок, випрямляч, тригер, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, лічильник, електронну обчислювальну машину, блок формування зображення, апаратуру обміну даними (АОД) та гіростабілізовану платформу. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не здійснює оперативну високоточну навігацію. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів (ЛА) з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань, який дозволить здійснювати високоточне вимірювання похилої дальності до ЛА, об'єктивний контроль у денний і нічний час, обмін інформацією зі 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, формувати і обробляти зображення ЛА. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал-прототип, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів м, блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2м, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, схему „і", фільтр із заданою смугою пропускання, диференційований ланцюжок, випрямляч, тригер, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, лічильник, електронну обчислювальну машину, блок формування зображення, апаратуру обміну даними та гіростабілізовану платформу, додатково, після ЕОМ, введено апаратуру супутникових радіонавігаційних систем (АСРНС). Побудова каналу вимірювання похилої дальності до ЛА з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань пов'язана з використанням одномодового багаточастотного 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 похилої дальності до ЛА, оперативних обробці, відображенні, збереженні і видачі споживачам інформації, яка отримана, високоточній навігації та, в разі необхідності, формуванні і обробки зображення ЛА. На фіг. 1 приведено передавальний бік узагальненої структурної схеми запропонованого каналу, де: І - вимірювальний сигнал; II - сигнал з просторовою модуляцією поляризації, III комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах. 1 UA 122885 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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. На фіг. 4 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу. На фіг. 5 приведені епюри напруг з виходів блоків вимірювання похилої дальності до ЛА, де: а) від блока опорного сигналу; б) від блока відбитого сигналу. Запропонований канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, модифікований селектор подовжніх мод 4, призми для частоти міжмодових биттів м, блок дефлекторів 5, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2м, передавальну оптику 6, оптико-електронний модуль 7, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику 8, фотодетектори 9, широкосмуговий підсилювач 10, резонансні підсилювачі 11, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів 12, схему „і" 13, фільтр із заданою смугою пропускання 14, диференційований ланцюжок 15, випрямляч 16, тригер 17, детектор 18, диференційовану оптику 19, підсилювач 20, фільтр 21, лічильник 22, електронну обчислювальну машину 23, блок формування зображення 24, апаратуру супутникових радіонавігаційних систем 25, апаратуру обміну даними 26 та гіростабілізовану платформу 27. Робота запропонованого каналу вимірювання похилої дальності до 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 частково пересічених 4-х парціальних ДС ЛВ, 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; лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з подовжньої моди n (в подальшому n1, n2). За допомогою МСПМ та БФЗ створюється лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом розведення ЛВ (несучої частоти) на два промені з поворотом плоскості поляризації на кут 90° в одному з них (фіг. 3). При цьому випромінювання апертури першого і другого каналів в апертурній плоскості U0V рознесені на відстані ρ. 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 картинної 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 початкової 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, 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 живляться від керуючого елемента. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот 5,4=м, 9,7=2м, 6,3=3м та 8,2=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 (n1 та n2) 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 122885 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП1 м від), формують сигнал про похилу дальність до ЛА, а РП2 (РП 2м від), РП3 (РП 3м від) і РП4 (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 і тощо, яка відображається у ЕОМ. Тому у БФЗ здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Принцип роботи грубої шкали каналу вимірювання похилої дальності до ЛА полягає у наступному (фіг. 2, 3). На передавальному боці. Виділена СПМ зі спектра випромінювання лазера перша пара частот 5,4, розщеплюється під дією розчіплювача (призми) на два оптичні сигнали: 1) основний - сканується БД під певним кутом (з часом Т пр, що задається від БКД), який проходить через перемикач (П) для виділення "бланкуючого" імпульсу (бланк - нуль) і розчіплювач, де відбувається виділення додаткового сигналу (2), та надходить на ПРДО і далі на ЛА; 2) додатковий (1) - перетворюється ФТД в електричний імпульсний сигнал різницевої частоти міжмодового биття м та надходить на ФІ1, де відбувається виділення "пачок" імпульсів, прийнятих схемою "І". Отриманий від ФТД, додатковий оптичний сигнал частоти 5,4 з "бланкуючими" імпульсами, перетворений в сигнал м, здобуває чіткі границі "бланкуючего" імпульсу, проходячи ДО, підсилюється. Фільтр зі смугою пропускання П=1/τі (де τі - тривалість імпульсу) виділяє з загального сигналу "бланкуючі" імпульси - в імпульсні сигнали, які, проходячи ДЛ і Вип (ФІ=ДЛ+Вип), виділяються у вигляді одного короткого імпульсу за початок "бланкуючого" імпульсу та надходять на Тр з індексом "1", включаючи його. На приймальному боці. Відбитий від ЛА основний сигнал частот 5,4, у сумі з груповим, минаючи ПРМО, перетворюється ФТД в електричний імпульсний сигнал м, підсилюється ШП, виділяється в РП, як сигнал частоти міжмодового биття м і, проходячи через Дет, перетворюється таким же чином, як і додатковий електричний сигнал (2) частоти м та надходить тільки на Тр з індексом "0", "перекидаючи" його. Сигнал, що надходить з Тр на схему "І", здійснює періодичне "відкриття" і "закриття" проходу для "пачок" імпульсів з ФІ1, що підраховуються Лч та відпрацьовуються у вигляді числа похилої дальності до ЛА у ЕОМ. Перехід на точну шкалу (генерація пікосекундних імпульсів) здійснюється одразу після припинення включення перемикача (формування "бланкуючого" імпульсу). Так як канал вимірювання похилої дальності до ЛА пропонується ввести до складу структури СЗТВ, то вмикання та вимикання перемикача відбувається одночасно для 2-х (пар) частот 5,4 і 9,7 (фіг. 3). Апаратурні похибки вимірювання похилої дальності до ЛА у запропонованому каналі - це похибки визначення початку і кінця відліку часового інтервалу, похибки за рахунок дискретності та нестабільності частоти проходження тактових (рахункових) імпульсів. Точність оцінки інтервалу визначається крутістю огинаючої при заданому граничному значенні напруги Uп та залежить від форми скануючої ДС ЛВ і відношення сигнал/шум. 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) похилої дальності до ЛА 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 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. 3 UA 122885 U 5 10 15 Видача інформації, яка отримана під час проведення випробувань ЛА, споживачам (на ЦЮТ) та отримання додаткової інформації від керівництва здійснюється за допомогою апаратури обміну даними за радіоканалом. Формування сумарної ДС ЛВ та створення РСН, пов'язано із задоволенням жорстких вимог, що Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель №103704, Україна, МПК G01 S 17/42, G01 S 17/66. Канал вимірювання похилої дальності до 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. -№ u201506379; заяв. 30.06.2015; опубл. 25.12.2015; Бюл. № 24. - 8 с. 2. Патент на корисну модель №114945, Україна, MПK G01 S 17/42, G01 S 17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи /О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, О.О. Звєрєв та ін. -№ u201610465; заяв. 17.10.2016; опубл. 27.03.2017; Бюл. № 6. -7 с. 3. Патент на корисну модель №55645, Україна, МПК G01 S 17/42, G01 S 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 20 25 30 Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів (ЛА) з можливістю формування та обробки зображення ЛА для мобільної однопунктної системи зовнішньотраєкторних вимірювань, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів Δνм, блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів Δνм і 2 Δνм, передавальну оптику, оптикоелектронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, схему "і", фільтр із заданою смугою пропускання, диференційований ланцюжок, випрямляч, тригер, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, лічильник, електронну обчислювальну машину (ЕОМ), блок формування зображення, апаратуру обміну даними та гіростабілізовану платформу, який відрізняється тим, що додатково, після ЕОМ, введено апаратуру супутникових радіонавігаційних систем. 4 UA 122885 U 5 UA 122885 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6