Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів для комбінованої лазерної системи

Реферат: Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів для комбінованої лазерної системи містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, 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 I, 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 Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата. Додатково введено оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів. UA 95920 U (12) UA 95920 U UA 95920 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 комбінованої лазерної системи (КЛС). Відомий "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів (СПМ БРК), 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, лінії затримки (ЛЗ), лічильники (Лч), цифро-аналогові 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 Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата (ЛА). Недоліком відомого каналу є те, що він не забезпечує збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраний як прототип, є "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів для полігонного вимірювального комплексу" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів (СПМ БРК), 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 (ЕОМ) та а - введення опорного сигналу з частотою Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не здійснює об'єктивний контроль у денних і нічних умовах під час проведення випробувань ЛА. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів для комбінованої лазерної системи, який дозволить здійснювати багатоканальний (N) інформаційний взаємозв'язок з ЛА на частотах міжмодових биттів 9Δνм … NΔνмn, точне і стійке кутове автосупроводження при одночасному вимірюванні кутів азимута α і місця β у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей під час проведення випробувань ЛА у нічний час та збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал-прототип, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, 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 Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, додатково введено оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів. Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів для комбінованої лазерної системи пов'язана з використанням одномодового богаточастотного з синхронізацією подовжніх мод випромінювання єдиного лазера-передавача, частотно-часового методу (ЧЧМ) вимірювання [3] та OEM. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає у стійкому кутовому автосупроводженні ЛА при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута і місця у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальному (N) інформаційному взаємозв'язку з ЛА на частотах міжмодових биттів (підвищення об'єму інформації, яка передається і приймається), здійсненні об'єктивного 1 UA 95920 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 контролю у денних і нічних умовах та збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА. На фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: а введення опорного сигналу з частотою Δνм (3Δνм) від лазера-передавача; б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей α' і β') ЛА; І - вимірювальний сигнал; II - інформаційний сигнал; 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 у ортогональних площинах. На фіг. 3 приведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу. На фіг. 4 приведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу, які визначають полярність, де: а) - для визначення знаку «+»; б) - для визначення знаку «-». На фіг. 5 приведено кут відхилення ЛА від РСН відносно КЛС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів для комбінованої лазерної системи містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів 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, інформаційний блок 11, резонансні підсилювачі 12, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, детектори 13, фільтри 14, формувачі імпульсів (ФІ 1-15, ФІ 2-16), тригери "1"|"0" 17, схеми І 18, лінії затримки 19, лічильники 20, цифро-аналогові перетворювачі 21, фільтри нижніх частот 22, підсилювачі (фільтри) сигналу похибки 23, виконавчі механізми 24, електронну обчислювальну машину 25 та а - введення опорного сигналу з частотою Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА. Робота запропонованого каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів для комбінованої лазерної системи полягає у наступному. Зі спектра випромінювання одномодового багаточастотного з синхронізацією подовжніх мод лазера-передавача (Лн) за допомогою СПМ БРК виділяються необхідні пари частот для створення: - багатоканального (N) інформаційного зв'язку, за умови використання сигналів комбінацій подовжніх мод (на різницевій частоті міжмодових биттів Δν101 = ν10-ν1=9 Δνм, … NΔνмn); - 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) Δν54 = ν5-ν4 = Δνм, Δν97 = ν9-ν7=2Δνм, Δν63 = ν6-ν3=3Δνм, Δν82 = ν8-ν2=6Δνм. Груповий лазерний сигнал, який складений з частот міжмодових биттів NΔνмn, минаючи БД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від ІБ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається на ЛА (створення взаємозв'язку) (фіг. 1, 2). Водночас імпульсний лазерний сигнал (вимірювальний) частот міжмодових биттів Δνм, 2Δνм, 3Δνм і 6Δνм надходить на БД, що складається з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання 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 ν5,ν4 = Δνм, ν9,ν7=2Δνм, ν6,ν3=3Δνм та ν8,ν2=6Δνм фокусується в скановані точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній з двох ортогональних площин α і β (X і У). При цьому інформаційний лазерний сигнал частот 9Δνм, … NΔνмn проходить вдовж РСН (фіг. 2). Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та відбиті у 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: - у ІБ для обробки інформації, що приймається від ЛА; - по РП, які настроєні на відповідні частоти Δνм, 2Δνм, 3Δνм, 6Δνм. При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з PП Δνм і РП 2Δνм формують сигнал похибки по куту α, а РП 3Δνм і РП 6Δνм - по куту β. Формування сигналу похибки по куту α полягає у наступному. 2 UA 95920 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Введення імпульсного сигналу (а) з опорного каналу Δνм, перетвореного ФІ 1 у "пачки" опорних імпульсів на частоті Δνм оп, надходить на схему І. Виділений і посилений імпульсний сигнал з PП Δνм від частоти міжмодових биттів Δνм від (фіг. 3, 4) детектується Дет у вигляді огинаючої сигналу, що змінюється за законом руху ДС лазерного випромінювання і після проходження Ф перетворюється у ФІ 2 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 2Δνм від, імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів 2Δνм від детектується, виділяючи огинаючу сигналу, що змінюється за таким же законом і, проходячи Ф, перетворюється у ФІ 2 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 у 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 початок і кінець відліку часового інтервалу є граничне значення Uп (порогове значення напруги) (фіг. 3). Завдяки періодичному за цикл сканування відкриттю і закриттю тригером схеми І, регулюється проходження імпульсів у схемі І від ФІ 1, 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 (α), надходить від ПСПα на вхід ЕОМ та виділяється в ній у вигляді числа, пропорційного вимірюваному куту азимута α. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то на схему І першим надходить імпульс з ФІ 2 міжмодової частоти Δνм від, а на тригер надходить другим імпульс з ФІ 2 міжмодової частоти 2Δνм від (фіг. 1, 3-5). На схему "І" від тригера подається строб, тривалість якого пропорційна відхиленню ЛА від РСН. Цей часовий інтервал виміряється методом рахунка імпульсів частоти міжмодових биттів Δνм. 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 ФІ 2 з каналу 2Δνм , а другим - з каналу Δνм від. 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 Δνм від випереджає імпульс 2 каналу2Δνм від (фіг. 1, 4 а). Оскільки строб від тригера затримується на час, що перевищує 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 α 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 α. Імпульс зі схеми "І" подається на знаковий розряд лічильника імпульсів з частотою Δνм. Число імпульсів у лічильнику пропорційно куту відхилення α від РСН. Форматування сигналу похибки по куту β відбувається таким же чином, як для сигналу похибки по куту α. Виконавчі механізми ВМα і ВМβ розвертають приймально-передавальну платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН запропонованого каналу, тобто на РСН сумарної ДС лазерного випромінювання. Кількість інформаційних каналів (N) залежить від кількості мод (νn), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. 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) кутів азимута α і місця β 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. 3 UA 95920 U 5 10 15 20 25 30 Підвищення швидкості обробки інформації, яка надходить на ЕОМ здійснюється за рахунок використання технології синтезу часу параметризованих паралельних програм. Формування сумарної ДС лазерного випромінювання, 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 № 48400, Україна, G01 S 17/42, G01 S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів. / О.В. Коломійцев, В.В. Бєлімов, Д.Г. Васильєв та ін. - № u200911398; заяв. 09.11.2009; опубл. 10.03.2010; Бюл. № 5. - 10 с. 2. Патент на корисну модель № 81871, Україна, G01 S 17/42, G01 S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів для полігонного вимірювального комплексу. / О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201301571 заяв. 11.02.2013; опубл. 10.07.2013; Бюл. № 13. - 6 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 Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів для комбінованої лазерної системи, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, 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 I, 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 Δνм від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарат, який відрізняється тим, що додатково введено оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів. 4 UA 95920 U 5 UA 95920 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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