Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з модифікованим селектором подовжніх мод (мспм) для лазерної інформаційно-вимірювальної системи (лівс) полігонного випробувального комплексу

Реферат: Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з модифікованим селектором подовжніх мод (МСПМ) для лазерної інформаційно-вимірювальної системи (ЛІВС) полігонного випробувального комплексу містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, МСПМ, блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|"0"), схеми "і", лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки (ПСП), виконавчі механізми та а - введення опорного сигналу з частотою v м від передавального лазера, б введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) літального апарата для уточнення похибки збігу по кутах. Після ПСП додатково розміщено електронну обчислювальну машину. UA 78039 U (12) UA 78039 U UA 78039 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до електрозв'язку і може бути використана для синтезу лазерної інформаційно-вимірювальної системи (ЛІВС) з частотно-часовим методом (ЧЧМ) пошуку, розпізнавання та вимірювання параметрів руху літального апарата (ЛА). Відомий "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком для лазерної інформаційно-вимірювальної системи" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), селектор подовжніх мод (СПМ), блок дефлекторів (БД), передавальну оптику (ПРДО), приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), інформаційний блок (ІБ), резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори (Дет), фільтри (Ф), формувачі імпульсів (ФІ), тригери ("1"|"0"), схеми "і" ("І"), лінії затримки (ЛЗ), лічильники (Лч), цифроаналогові перетворювачі (ЦАП), фільтри нижніх частот (ФНЧ), підсилювачі (фільтри) сигналу похибки (ПСП), виконавчі механізми (ВМ), електронно-цифрову обчислювальну машину (ЕЦОМ) та а - введення опорного сигналу з частотою v м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах. Недоліком відомого каналу є те, що він не здійснює інформаційний взаємозв'язок з ЛА на несучих частотах v n . Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип, є "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з МСПМ" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод (МСПМ), блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|"0"), схеми "і", лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки, виконавчі механізми, електронноцифрову обчислювальну машину та а - введення опорного сигналу з частотою v м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не забезпечує збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з МСПМ для ЛІВС полігонного випробувального комплексу, який дозволить здійснювати багатоканальний (N) інформаційний взаємозв'язок з ЛА на несучих частотах, точне і стійке його кутове автосупроводження при одночасному вимірюванні кутів азимута  і міста  у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту польоту ЛА, та збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|"0"), схеми "і", лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки, виконавчі механізми, електронно-цифрову обчислювальну машину та а - введення опорного сигналу з частотою v м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах, після ПСП замість ЕЦОМ введено електронну обчислювальну машину (ЕОМ). Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з МСПМ для ЛІВС полігонного випробувального комплексу пов'язана з використанням одномодового богаточастотного із синхронізацією подовжніх мод випромінювання єдиного лазера-передавача та ЧЧМ [3]. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає у стійкому кутовому автосупроводженні ЛА, при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута і міста у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальному (N) інформаційному взаємозв'язку з ним на несучих частотах v n та збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА. 1 UA 78039 U На фіг. 1 наведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: а - введення опорного сигналу з частотою v м (3v м ) віл лазера-передавача; б - введення сигналу від 5 10 15 20 25 30 каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей ' і ') ЛА для уточнення похибки збігу по кутах каналів; І - для визначення вимірювальної інформації; II - для обробки інформації, що отримується від ЛА. На фіг. 2 наведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування 4-ма діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання в ортогональних площинах. На фіг. 3 наведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу. На фіг. наведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу, які визначають полярність, де: а) - для визначення знаку «+»; б) - для визначення знаку «-». На фіг. 5 наведено кут відхилення ЛА від РСН відносно ЛІВС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з МСПМ для ЛІВС полігонного випробувального комплексу містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|„0"), схеми "і", лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки, виконавчі механізми, електронну обчислювальну машину та а введення опорного сигналу з частотою v м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) ЛА для уточнення похибки збігу по кутах. Робота запропонованого каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з МСПМ для ЛІВС полігонного випробувального комплексу полягає у наступному. Зі спектра випромінювання одномодового багаточастотного з синхронізацією подовжніх мод лазера-передавача (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні частоти та їх комбінації для створення: багатоканального (N) інформаційного зв'язку, за умови використання сигналу із подовжніх мод (несучих частот v n ); 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): v 54  v 5  v 4  v м , v 97  v 9  v 7  2v м , v 63  v 6  v 3  3v м , v 82  v 8  v 2  6v м . 35 40 Груповий сигнал, який складений із несучих частот v n , минаючи БД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від ІБ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається для ЛА (взаємозв'язок) (фіг. 1, 2). Водночас сигнал частот міжмодових биттів v м , 2v м , 3v м та 6v м потрапляє на БД, який створений з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання попарно зустрічно сканують БД у кожній із двох ортогональних площин (фіг. 1, 2). Період сканування задається блоком керування дефлекторів, який разом з Лн живляться від керуючого елемента. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот v 5 , v 4  v м , v 9 , v 7  2v м , v 6 , v 3  3v м та v 8 , v 2  6v м фокусується в скановані точки простору, 45 50 оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній з двох ортогональних площин  і  або X і У. При цьому N інформаційні сигнали (частоти v n ) проходять вдовж РСН (фіг.2). Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та відбиті в процесі сканування чотирьох ДС лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигнали ДС лазерного випромінювання за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучій частоті і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені широкосмуговим підсилювачем вони розподіляються: в ІБ для обробки інформації, що приймається від ЛА; по РП, які настроєні на відповідні частоти v м , 2v м , 3v м та 6v м . 2 UA 78039 U При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з сигнал похибки по куту , а PПv м і PП2v м формують PП3v м і PП6v м - по куту . Формування сигналу похибки по куту  полягає у наступному. Введення імпульсного сигналу (а) з опорного каналу v м , перетвореного ФІ1 у "пачки" 5 опорних імпульсів на частоті v м оп , надходить на схему "І". Виділений і посилений імпульсний 10 сигнал з PПv м від частоти міжмодових биттів v м від (фіг. 3, 4) детектується Дет у вигляді огинаючої сигналу, що змінюється за законом руху ДС лазерного випромінювання і, після проходження Ф, перетворюється у ФІ2 у точках переходів періодів сканування в імпульси (один імпульс за період сканування) та надходить на тригер "1", перекидуючи його. У цей же час, виділений і посилений PПv м від імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів 2v м від 15 20 25 30 детектується, виділяючи огинаючу сигналу, що змінюється за таким же законом і, проходячи Ф, перетворюється у ФІ2 у точках переходів періодів коливань в імпульси (один імпульс за період сканування) та надходить на тригер "0", встановлюючи його у вихідний стан. Задача виміру часового інтервалу в схемі "І" із заданою точністю полягає у встановленні критерію початку і кінця відліку часового інтервалу по визначених характеристиках значення імпульсних сигналів, що надходять на входи схеми "І". У зв'язку з тим, що передній фронт імпульсу досить малий у порівнянні з дозволом, що вимагається за часом, характерними значеннями сигналу, що визначають начало і кінець відліку часового інтервалу є граничне значення Un (порогове значення напруги) (фіг. 3). Завдяки періодичному за цикл сканування відкриттю і закриттю тригером схеми "І", регулюється проходження імпульсів у схемі "І" від ФІ1, тобто відбувається виділення "пачок" імпульсів, число яких пропорційно куту відхилення ЛА від РСН (фіг. 4, 5). Підраховані лічильником імпульси перетворюються ЦАП в аналоговий сигнал похибки з необхідним знаком, що змішується у ФНЧ з імпульсним сигналом від каналу кутових швидкостей ЛА (б) для уточнення похибки збігу по кутах. Завдяки обліку вимірювальної інформації від каналу кутових швидкостей (б) у ФНЧ усуваються динамічна і флуктуаційна похибки фільтрації. Отриманий сигнал, відфільтрований у ФНЧ і посилений підсилювачем сигналу похибки, відпрацьовується за допомогою виконавчого механізму (), надходить від ПСП на вхід ЕОМ та виділяється в ній у вигляді числа пропорційного вимірюваному куту азимута . Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то на схему "І" першим надходить імпульс з ФІ2 міжмодової частоти v м від , а на тригер надходить другим імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2v м від (фіг. 1, 3-5). На схему "І" від тригера подається строб, тривалість якого пропорційна 35 40 відхиленню ЛА від РСН. Цей часовий інтервал виміряється методом рахунка імпульсів частоти міжмодових биттів v м . Оскільки тривалість строба залежить лише від величини відхилення ЛА від РСН, а не від сторони відхилення, маємо схему визначення полярності сигналу похибки («+» або «-»). Якщо ЛА буде розташований нижче РСН, то першим надійде імпульс від ФІ2 з каналу 2v м від , а другим - з каналу v м від . Визначення знаку «+» або «-», або сторони відхилення ЛА від РСН полягає у наступному (фіг. 1; 4 а, б). Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то імпульс 1 від каналу v м від випереджає імпульс 2 каналу 2v м від (фіг. 1, 4 а). Оскільки строб від тригера затримується на час, що перевищує 45 50 тривалість імпульсу 1 (або 2), то схема збігів "І" не спрацьовує, тому що імпульс 1 не збігається в часі з даним стробом. Знак сигналу похибки по куту  залишається позитивним («+»). Якщо ЛА знаходиться нижче РСН, то імпульс 1 відстає від імпульсу 2, тому він збігається в часі зі стробом (фіг. 4 б). Схема "І" спрацьовує і змінює знак («-» або полярність) напруги сигналу похибки по куту . Імпульс зі схеми "І" подається на знаковий розряд лічильника імпульсів з частотою v м . Число імпульсів у лічильнику пропорційно куту відхилення  від РСН. Форматування сигналу похибки по куту  відбувається таким же чином, як для сигналу похибки по куту . 3 UA 78039 U 5 10 15 20 Виконавчі механізми ВМ і ВМ розвертають приймально-передаючу платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН запропонованого каналу, тобто на РСН сумарної ДС лазерного випромінювання. Відображення інформації, що приймається (передається) від ЛА та обробка (вимірювання) кутів азимута  і міста  відбувається у 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. Кількість інформаційних каналів (N) залежить від кількості мод (несучих частот v n ), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 23213, Україна, MПK G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком для лазерної інформаційновимірювальної системи. / О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, В.В. Баранник та ін. - № u 200700012; заяв. 02.01.2007; опубл. 10.05.2007; бюл. № 6.-8 с. 2. Патент на корисну модель № 68583, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з МСПМ. / О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, Д.Г. Васильєв та ін. - № u 201113583; заяв. 18.11.2011; опубл. 26.03.2012; бюл. №6.-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 - № u 201005225; заяв. 29.04.2010; опубл. 27.12.2010; бюл. № 24.-14 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з модифікованим селектором подовжніх мод (МСПМ) для лазерної інформаційно-вимірювальної системи (ЛІВС) полігонного випробувального комплексу, що містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, МСПМ, блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори, фільтри, формувачі імпульсів, тригери ("1"|"0"), схеми "і", лінії затримки, лічильники, цифро-аналогові перетворювачі, фільтри нижніх частот, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки (ПСП), виконавчі механізми та а - введення опорного сигналу з частотою v м від передавального лазера, б введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної складової швидкості (кутових швидкостей) літального апарата для уточнення похибки збігу по кутах, який відрізняється тим, що після ПСП розміщено електронну обчислювальну машину. 4 UA 78039 U 5 UA 78039 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6