Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та додаткового сканування для мобільної суміщеної вимірювальної системи

Реферат: Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та додаткового сканування для мобільної суміщеної вимірювальної системи містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, 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 м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата. Додатково в конструкцію введено гіростабілізовану платформу. UA 107494 U (12) UA 107494 U UA 107494 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електрозв'язку і може бути використана для побудови передавальної частки мобільної суміщеної вимірювальної системи (МСВС). Відомий "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та додаткового сканування для полігонного випробувального комплексу" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів (СПМ БРК), модифікований блок дефлекторів (МБД), 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), цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП), фільтри нижніх частот (ФНЧ), підсилювачі (фільтри) сигналу похибки (ПСП), виконавчі механізми (ВМ), 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) літального апарата (ЛА). Недоліком відомого каналу є те, що він не здійснює об'єктивний контроль у денних і нічних умовах під час проведення випробувань ЛА. Найближчим аналогом є "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та додаткового сканування для комбінованої лазерної системи" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, 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. Недоліком найближчого аналога є те, що він не забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщується суміщена приймально-передавальна апаратура та виконавчі механізми по кутах азимута a і місця β. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та додаткового сканування для мобільної суміщеної вимірювальної системи, який дозволить здійснювати точне і стійке кутове автосупроводження ЛА при одночасному вимірюванні кутів азимута  і місця β у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальний (N) інформаційний взаємозв'язок з ним на частотах міжмодових биттів 9м … Nмn, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей під час проведення випробувань ЛА у нічний час, збереження отриманої інформації, дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і ВМ по кутах азимута  і місця β та, в разі необхідності, його пошук (сканування сумарною діаграмою спрямованості (ДС) лазерного випромінювання у заданій зоні за заданим законом сканування). Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, 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 м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата (ЛА), додатково введено гіростабілізовану платформу (ГСП). Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та додаткового сканування для мобільної суміщеної вимірювальної системи пов'язана з використанням одномодового багаточастотного з 1 UA 107494 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 міста у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальному (N) інформаційному взаємозв'язку з ним на частотах міжмодових биттів, здійсненні об'єктивного контролю у денних і нічних умовах, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, забезпеченні просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і виконавчі механізми та, в разі необхідності, його пошук. На фіг. 1 наведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: а - введення опорного сигналу з частотою м (3м) від лазера-передавача; б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей ' і ') ЛА; І - вимірювальний сигнал; II інформаційний сигнал; III - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах. На фіг. 2 наведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування сумарною діаграмою спрямованості лазерного випромінювання у невеликому куті і окремо 4-ма ДС в ортогональних площинах. На фіг. 3 наведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу. На фіг. 4 наведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу, які визначають полярність, де: а) - для визначення знака "+"; б) - для визначення знака "-". На фіг. 5 наведено кут відхилення ЛА від РСН відносно МСВС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та додаткового сканування для мобільної суміщеної вимірювальної системи містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів 4, модифікований блок дефлекторів 5, передавальну оптику 6, оптико-електронний 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, гіростабілізовану платформу 26 та а - введення опорного сигналу з частотою м 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 тадодаткового сканування для мобільної суміщеної вимірювальної 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 101=10-1=9M, … Nмn); РСН на основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки 4-х парціальних діаграм спрямованості, що частково перетинаються, 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. Груповий лазерний сигнал, який складений з частот міжмодових биттів Nмn, минаючи МБД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від ІБ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається ЛА (створення взаємозв'язку). Водночас імпульсний лазерний сигнал (вимірювальний) частот міжмодових биттів м, 2м, 3м та 6м надходить на модифікований блок дефлекторів, що складається 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 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 лазерного випромінювання у кожній з двох ортогональних площин  і  (X і У). 2 UA 107494 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При цьому інформаційний лазерний сигнал частот 9м … Nм та комбінований сигнал проходять 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 м, 2м, 3м, 6м. При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РПм і РП2м формують сигнал похибки по куту , а РП3м і РП6м - по куту . Формування сигналу похибки по куту  полягає у наступному. Введення імпульсного сигналу (а) з опорного каналу M, перетвореного ФІ1 у "пачки" опорних імпульсів на частоті м оп, надходить на схему "і". Виділений і посилений імпульсний сигнал з PПм від частоти міжмодових биттів м від 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", перекидаючи його (фіг. 3, 4). У цей же час, виділений і посилений РП2Аум від, імпульсний сигнал частоти міжмодових биттів 2м від 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 із заданою точністю у схемі "і" 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 м від, а на тригер другим надходить імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 2м 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 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м від, а другим - з каналу м від. Визначення знака "+" або "-", або сторони відхилення ЛА від РСН полягає у наступному. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то імпульс 1 від каналу м від випереджає імпульс 2 каналу 2м 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  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 м. Число імпульсів у лічильнику пропорційне куту відхилення  від РСН. Форматування сигналу похибки по куту  відбувається таким же чином, як для сигналу похибки по куту . 3 UA 107494 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Виконавчі механізми ВМ і ВМ розвертають приймально-передавальну платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН запропонованого каналу, тобто на РСН сумарної ДС лазерного випромінювання. 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  і місця  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. Кількість інформаційних каналів (N) залежить від кількості мод (n), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. В разі необхідності виявлення ЛА під час його пошуку, груповий сигнал, який складений з частот міжмодових биттів, за допомогою МБД сканується сумарною ДС лазерного випромінювання у заданій зоні за заданим законом сканування, де кут та напрямок відхилення ДС задається БКД (фіг. 1, 2). Гіростабілізована платформа забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи каналу, на якій розміщена суміщена приймально-передавальна апаратура та ВМ по кутах азимута  і місця . Формування сумарної ДС лазерного випромінювання, створення РСН, інформаційного каналу для каналу, що пропонується, пов'язано із задоволенням жорстких вимог, які пред'являються до спектра випромінювання одномодового багаточастотного лазерапередавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 82287, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та додаткового сканування для полігонного випробувального комплексу. / О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201302171 заяв. 21.02.2013; опубл. 25.07.2013; Бюл. № 14. - 7 с. 2. Патент на корисну модель № 99172, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та додаткового сканування для комбінованої лазерної системи. / О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201412013; заяв. 06.11.2014; опубл. 25.05.2015; Бюл. № 10. - 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 - № u201005225; заяв. 29.04.2010; опубл. 27.12.2010; Бюл. № 24. - 14 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та додаткового сканування для мобільної суміщеної вимірювальної системи, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, 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 м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу оцінки тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата, який відрізняється тим, що додатково введено гіростабілізовану платформу. 4 UA 107494 U 5 UA 107494 U 6 UA 107494 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7