Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з оптико-електронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ла для лівс полігонного випробувального комплексу

Реферат: Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з оптико-електронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ЛА для ЛІВС полігонного випробувального комплексу містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою (Лн), модифікований селектор подовжніх мод (МСПМ), модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, змішувачі, формувачі імпульсів, фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів, керуючий генератор, опорний генератор з частотою підставки Δν n, фільтр, схему I, лічильник, формувач мірних імпульсів, дешифратор, електронну обчислювальну машину та 6Δνм - введення опорної частоти (6Δνм оп) від передавального лазера (Лн+МСПМ). Додатково введено оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів. UA 91074 U (12) UA 91074 U UA 91074 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до галузі 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 апарату (ЛА). Відомий "Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), модифікований селектор подовжніх мод (МСПМ), модифікований блок дефлекторів (МБД), передавальну оптику (ПРДО), приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), модифікований інформаційний блок (МІБ), резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, схему I, 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 Δνп, електронно-цифрову обчислювальну машину (ЕЦОМ), блок відображення інформації (БВІ) про радіальну швидкість R' ЛА та 6Δνм - введення опорної частоти (6Δνм оп) від передавального лазера (Лн+МСПМ). Недоліком відомого каналу є те, що він не забезпечує збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип є "Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з МСПМ та можливістю формування і обробки зображення ЛА для ЛІВС полігонного випробувального комплексу" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, схему I, лічильник, змішувачі, фільтр, формувач мірних імпульсів, дешифратор, фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів, керуючий генератор, опорний генератор з частотою підставки Δν п, електронну обчислювальну машину, блок відображення інформації про радіальну швидкість R' ЛА та 6Δν м - введення опорної частоти (6Δνм оп) від передавального лазера (Лн+МСПМ). Недоліком каналу-прототипу є те, що він не здійснює об'єктивний контроль ЛА у денних і нічних умовах під час проведення випробувань. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з оптико-електронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ЛА для ЛІВС полігонного випробувального комплексу, який дозволить здійснювати виявлення ЛА, високоточне вимірювання радіальної швидкості у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальний (N) інформаційний взаємозв'язок з ЛА на несучих частотах νn, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей під час проведення випробувань ЛА у нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань та, в разі необхідності, формування і обробку його зображення. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал-прототип, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, схему I, лічильник, змішувачі, фільтр, формувач мірних імпульсів, дешифратор, фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів, керуючий генератор, опорний генератор з частотою підставки Δνп, електронну обчислювальну машину, блок відображення інформації про радіальну швидкість R' ЛА та 6Δνм - введення опорної частоти (6Δνм оп) від передавального лазера (Лн+МСПМ), після ЕОМ виведено блок відображення інформації про радіальну швидкість R' ЛА та додатково введено оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів. Побудова каналу вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з оптикоелектронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ЛА для ЛІВС полігонного випробувального комплексу пов'язана з використанням ЧЧМ [3] та синхронізованого одномодового богаточастотного випромінювання єдиного лазера-передавача. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає у виявленні ЛА, високоточному вимірюванні радіальної швидкості у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, створенні багатоканального (N) інформаційного взаємозв'язку з ЛА, здійсненні об'єктивного контролю ЛА у денних і нічних 1 UA 91074 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 умовах, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань 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 - інформаційний сигнал та сигнал з просторовою модуляцією поляризації; III - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах. На фіг. 2 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: І структурна схема реалізації стежуючого принципу вимірювання; II - структурна схема вимірювання радіальної швидкості ЛА. На фіг. 3 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. 4 приведено створення лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації. Запропонований канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з оптикоелектронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ЛА для ЛІВС полігонного випробувального комплексу містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, модифікований селектор подовжніх мод 4, модифікований блок дефлекторів 5, передавальну оптику 6, оптико-електронний модуль 7, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику 8, фотодетектор 9, широкосмуговий підсилювач 10, модифікований інформаційний блок 11, резонансні підсилювачі 12, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, змішувачі (ЗМ 1-13 і ЗМ 2-14), формувачі імпульсів 15, фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів 16, керуючий генератор 17, опорний генератор з частотою підставки Δνп 18, фільтр 19, схему I 20, лічильник 21, формувач мірних імпульсів 22, дешифратор 23, електронну обчислювальну машину 24 та 6Δνм - введення опорної частоти (6 Δνм оп) від передавального лазера (Лн+МСПМ). Робота каналу вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з оптико-електронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ЛА для ЛІВС полігонного випробувального комплексу полягає у наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання лазера-передавача (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні пари частот і окремі частоти для створення: - багатоканального (N) інформаційного зв'язку, за умови використання сигналу подовжніх мод (несучих частот νn); - лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з подовжньої моди νn (в подальшому νn1, νn2); - рівносигнального напрямку на основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки 4-м парціальним ДС, які частково перетинаються, за умови використання комбінацій подовжніх мод («підфарбованих» різницевими частотами міжмодових биттів): Δν54=ν5-ν4=Δνм, Δν97=ν9-ν7=2Δνм, Δν63=ν6-ν3=3Δνм, Δν82=ν8-ν2=6Δνм. Груповий сигнал, який складений з несучих частот ν n, минаючи МБД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від МІБ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається на ЛА (фіг. 1-3). Також, за допомогою МСПМ та модифікованого інформаційного блока створюється лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом розведення лазерного випромінювання (несучої частоти νn) на два променя (νn1 та νn2) з поворотом плоскості поляризації на кут 90° в одному з них (фіг. 3). При цьому випромінювання апертури першого і другого каналів в апертурної плоскості U0V рознесені на відстані ρ. Різність ходу пучків до картинної плоскості ЛА Х0У змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цим різність фаз між поляризованими компонентами, що ортогональні, поля у картинній плоскості також змінюються 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 ρ 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. Водночас сигнал частот міжмодових биттів Δνм, 2Δνм, 3Δνм та 6Δνм потрапляє на МБД, який створений з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання попарно зустрічно сканують МБД у кожній з двох ортогональних площин (фіг. 1, 2). Період сканування задається БКД, який разом з Лн живляться від КЕ. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот ν 5,ν4=Δνм, ν9,ν7=2Δνм, ν6,ν3=3Δνм та ν8,ν2=6Δνм фокусується в скановані точки простору, оскільки 2 UA 91074 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній з двох ортогональних площин α і β або X і У. При цьому інформаційний сигнал на частотах N ν n та сигнал з просторовою модуляцією поляризації ν n1, νn2 проходять вдовж РСН (фіг. 2). Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигнали ДС лазерного випромінювання, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС, за допомогою фотодетектора перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучих частотах і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються: - в МІБ 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 Δν м від, 2Δνм від, 3Δνм від, 6Δνм від. При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП4 (РП 6Δνм від) формують сигнал радіальної швидкості, а РП 1 (РП Δνм від), РП 2 (РП 2Δνм від) і РП 3 (РП 3Δνм від) - для інших вимірювальних каналів ЛІВС. При відбитті від поверхні ЛА лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, що зондує, 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. Тому у МІБ здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Принцип вимірювання радіальної швидкості R' ЛА полягає у наступному (фіг. 1, 2). На перший змішувач (ЗМ 1) від РП 4 (РП 6Δνм) подається сигнал з частотою 6Δνм від, який змішується через зворотний зв'язок зі сумішшю частот 6Δνм від + νм п від КГ та фільтрується. У ФАПЧ на частоті міжмодових биттів цей сигнал змішується з частотою ν n від ОГ. Отриманий сигнал з частотою Δνг з виходу А керуючого генератора подається на вхід другого змішувача (ЗМ 2), де змішується з опорною частотою 6Δνм. Сигнал різницевої частоти 6Δνм від-(Δνм-νм п), отриманий з виходу фільтра, через ФІ, надходить на схему «І». На лічильник проходить пачка імпульсів, обумовлена мірним інтервалом від ФМІ. Виділена дешифратором кількість рахункових імпульсів пропорційна частоті ν м допл перетворюється в ЕОМ у цифровий сигнал. 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) радіальної швидкості відбувається в ЕОМ. Для збереження інформації, якаоброблена 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 методів та моделей паралельної часу параметризованої обробки даних. В разі необхідності виявлення ЛА у заданій точці простору груповий сигнал, який складений з частот міжмодових биттів і несучих частот νn, сканується у заданій зоні за заданим законом сканування у вигляді сумарної ДС лазерного випромінювання за допомогою модифікованого блока дефлекторів, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС задається БКД. Кількість інформаційних каналів (N), що формуються, залежить від кількості мод (несучих частот νn), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. Джерела інформації 1. Патент на корисну модель № 51039, Україна, МПК G01 S 17/42, G01 S 17/66. Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА. /О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, Д.Г. Васильєв та ін. - № u201001245; заяв. 08.02.2010; опубл. 25.06.2010; Бюл. № 12. - 10 с. 2. Патент на корисну модель № 74267, Україна, МПК G01 S 17/42, G01 S 17/66. Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з МСПМ та можливістю формування і обробки зображення ЛА для ЛІВС полігонного випробувального комплексу. /О.В. Коломійцев, О.С. Балабуха, Д.Г. Васильєв та ін. - № u201203428; заяв. 22.03.2012; опубл. 25.10.2012; Бюл. № 20. - 5 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. 3 UA 91074 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Канал вимірювання радіальної швидкості літальних апаратів з оптико-електронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ЛА для ЛІВС полігонного випробувального комплексу, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою (Лн), модифікований селектор подовжніх мод (МСПМ), модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, змішувачі, формувачі імпульсів, фазову автопідстройку частоти на частоті міжмодових биттів, керуючий генератор, опорний генератор з частотою підставки Δν n, фільтр, схему I, лічильник, формувач мірних імпульсів, дешифратор, електронну обчислювальну машину та 6Δνм - введення опорної частоти (6Δνм оп) від передавального лазера (Лн+МСПМ), який відрізняється тим, що додатково введено оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів. 4 UA 91074 U 5 UA 91074 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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