Канал вимірювання похилої дальності літальних апаратів (ла) з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ла для мобільної суміщеної вимірювальної системи

Реферат: Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, призми для частоти міжмодових биттів м, модифікований 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, багатофункціональний інформаційний блок з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарату, що виміряна, 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 та електронну обчислювальну машину, причому додатково введено гіростабілізовану платформу. UA 109818 U (12) UA 109818 U UA 109818 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 суміщеної вимірювальної системи (МСВС). Відомий "Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА 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), призми для частоти міжмодових биттів Δνм, модифікований блок дефлекторів (МБД), перемикач для частот міжмодових биттів Δνм і 2Δνм, передавальну оптику (ПРДО), приймальну оптику (ПРМО), фотодетектори (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), багатофункціональний інформаційний блок (БІБ) з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарату (ЛА), що виміряна, резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів (ФІ), тригер "1"|"0", схему "і" ("І"), лічильники (Лч), фільтр з заданою смугою пропускання (Фп), детектор (Дет), диференційовану оптику (ДО), підсилювач (П), фільтр (Ф), диференційовані ланцюжки (ДЛ), випрямлячі (Вип) та електронну обчислювальну машину (ЕОМ). Недоліком відомого каналу є те, що він не здійснює об'єктивний контроль у денних і нічних умовах під час проведення випробувань ЛА. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип є "Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для комбінованої лазерної системи" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, призми для частоти міжмодових биттів м, модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2м, передавальну оптику, оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, багатофункціональний інформаційний блок з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, 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 та електронну обчислювальну машину. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщується суміщена приймально-передавальна апаратура та виконавчі механізми (ВМ) по кутах азимута а і місця [3]. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи, який дозволить здійснювати високоточне вимірювання похилої дальності до ЛА у широкому діапазоні дальностей, багатоканальну (N) передачу команд керування на ЛА на частотах міжмодових биттів 9м … Nмn, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей під час проведення випробувань ЛА у нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і ВМ по кутах азимута α і місця β та, в разі необхідності, його пошук у заданій зоні за заданим законом сканування ДС лазерного випромінювання і розпізнавання. 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, призми для частоти міжмодових биттів м, модифікований 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, багатофункціональний інформаційний блок з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, 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 та електронну обчислювальну машину, додатково введено гіростабілізовану платформу (ГСП). Побудова каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи пов'язана з використанням одномодового богаточастотного з 1 UA 109818 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 високоточному вимірюванні похилої дальності до ЛА у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальної (N) передачі команд керування на ЛА 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 приймальнопередавальна апаратура і виконавчі механізми та, в разі необхідності, його пошуку у заданій зоні і розпізнаванні. На фіг. 1 приведено передавальний бік узагальненої структурної схеми запропонованого каналу, де: І - вимірювальний сигнал; II - інформаційний сигнал; III - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах; б - введення сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарату, що виміряна. На фіг. 2 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу. На фіг. 3 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 приведені епюри напруг з виходів блоків вимірювання R до ЛА, де: а) - від блока опорного сигналу; б) - від блока відбитого сигналу. Запропонований канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА 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, призми для частоти міжмодових биттів м, модифікований 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, багатофункціональний інформаційний блок 11 з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, резонансні підсилювачі 12, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів 13, схему "і" 14, фільтр із заданою смугою пропускання 15, диференційований ланцюжок 16, випрямляч 17, тригер 18, детектор 19, диференційовану оптику 20, підсилювач 21, фільтр 22, лічильник 23, електронну обчислювальну машину 24 та гіростабілізовану платформу 25. Робота запропонованого каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА 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=ν10-ν1=9м, …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=ν5-ν4=м, 97=ν9-ν7=2м, 63=ν6-ν3=3м, 82=ν8-ν2=6м. Груповий лазерний сигнал, який складений з частот міжмодових биттів NAvMn, минаючи МБД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від БІБ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається ЛА (створення взаємозв'язку) (фіг. 1-3). Водночас імпульсний лазерний сигнал (вимірювальний) частот міжмодових биттів м, 2м, 3м та 6м надходить на МБД, який складається з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання попарно зустрічно сканують МБД у кожній з двох ортогональних площин (фіг. 1, 3). Період сканування задається БКД, який разом з Лн живляться від керуючого елемента. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот ν5,ν4=м, ν9,ν7=2м, ν6,ν3=3м та ν8,ν2=6м фокусується в скановані точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній з двох 2 UA 109818 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ортогональних площин α і β (X і У). При цьому груповий (інформаційний) лазерний сигнал частот 9м … Nмn проходить вдовж РСН (фіг. 3). Принцип роботи грубої шкали каналу вимірювання похилої дальності до ЛА полягає у наступному (фіг. 2, 4). На передавальному боці. Виділена СПМБРК зі спектра випромінювання лазера перша пара частот ν5.4, розщеплюється під дією розщеплювача (призми) на два оптичні сигнали: 1) основний (1) - сканується МБД під певним кутом (з часом Тпр, що задається від БКД), який проходить через перемикач (П) для виділення "бланкуючого" імпульсу (бланк - нуль) і розщеплювач, де відбувається виділення додаткового сигналу (2), та надходить на ПРДО і далі на ЛА; 2) додатковий (2) - перетворюється ФТД в електричний імпульсний сигнал різницевої частоти міжмодового биття м та надходить на ФІ1, де відбувається виділення "пачок" імпульсів, прийнятих схемою "І". Прийняті ПРМО від ЛА, відбиті в процесі сканування 4-ох ДС лазерного випромінювання, лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигнали ДС за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються: - в БІБ для обробки інформації, що приймається від ЛА та його розпізнавання; - по РП, що настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів м від, 2м від, 3м від, 6м від. Імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП 1 (РП м), формують сигнал про R до ЛА, а РП 4 (РП 6м), РП 2 (РП 2м) і РП З (РП 3AvM) - сигнали для інших вимірювальних каналів МСВС. Отриманий від ФТД додатковий оптичний сигнал частоти ν5,4 з "бланкуючими" імпульсами, перетворений в сигнал м, здобуває чіткі границі "бланкуючого" імпульсу та, проходячи ДО, підсилюється. Фільтр зі смугою пропускання П=1/τі (де τі - тривалість імпульсу) виділяє з загального сигналу "бланкуючі" імпульси -- в імпульси сигнали, які, проходячи ДЛ і Вип - (ФІ=ДЛ+Вип), виділяються у вигляді одного короткого імпульсу за початок "бланкуючого" імпульсу та надходять на тригер з індексом "1", включаючи його. На приймальному боці. Відбитий від ЛА основний сигнал частот v5,4 у сумі з груповим, минаючи ПРМО, перетворюється ФТД в електричний імпульсний сигнал м, підсилюється ШП, виділяється в РП, як сигнал міжмодової частоти м і, проходячи через Дет, перетворюється таким же чином, як і додатковий електричний сигнал (2) частоти м та надходить тільки на тригер з індексом "0", "перекидаючи" його. Сигнал, що надходить з тригера на схему "І", здійснює періодичне "відкриття" і "закриття" проходу для "пачок" імпульсів з ФІ1, що підраховуються Лч та відпрацьовуються у вигляді числа R у ЕОМ. Таким чином відбувається вимір R до ЛА на грубій шкалі. Перехід на точну шкалу (генерація пікосекундних імпульсів) здійснюється одразу після припинення включення перемикача ("П") (формування "бланкуючого" імпульсу). Так як канал вимірювання похилої дальності до ЛА вводиться до складу структури МСВС, то вмикання та вимикання перемикача (П) відбувається одночасно для 2-х (пар) частот ν5,4 і ν9,7. Апаратурні помилки вимірювання R до ЛА у запропонованому каналі - це помилки визначення початку і кінця відліку часового інтервалу, помилки за рахунок дискретності та нестабільності частоти проходження тактових (рахункових) імпульсів. Точність оцінки інтервалу визначається крутістю огинаючої при заданому граничному значенні напруги Un та залежить від форми скануючої ДС лазерного випромінювання і відносини сигнал/шум. Вимірювальна інформація про тангенціальну швидкість (кутові швидкості) літального апарату від каналу кутових швидкостей використовується в БІБ для розпізнавання ЛА, що супроводжується. Відображення інформації, що приймається (передається) від ЛА, 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. 3 UA 109818 U 5 10 15 20 25 Підвищення швидкості обробки інформації, яка надходить на ЕОМ здійснюється за рахунок використання технології синтезу часу параметризованих паралельних програм. В разі необхідності виявлення ЛА у заданій точці простору груповий сигнал, який складений з частот міжмодових биттів і несучих частот νn, сканується у вигляді сумарної ДС лазерного випромінювання за допомогою МБД, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС задається БКД (фіг. 1-3). Кількість інформаційних каналів (N) залежить від кількості мод (частот νn), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. Формування сумарної ДС лазерного випромінювання, створення РСН, інформаційного каналу для каналу, що пропонується, пов'язано із задоволенням жорстких вимог, що 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 № 87856, Україна, MПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для полігонного випробувального комплексу. /О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201309239; заяв. 22.07.2013; опубл. 25.02.2014; Бюл. № 4. -6 с. 2. Патент на корисну модель № 101400, Україна, MПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для комбінованої лазерної системи. /О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, A.M. Гордієнко та ін. - № u201502493; заяв. 19.03.2015; опубл. 10.09.2015; Бюл. № 17. -6 с. 3. Патент на корисну модель №55645, Україна, MПК 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 30 35 40 Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, селектор подовжніх мод з багаточастотним розділенням каналів, призми для частоти міжмодових биттів м, модифікований 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, багатофункціональний інформаційний блок з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарату, що виміряна, 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 та електронну обчислювальну машину, який відрізняється тим, що додатково введено гіростабілізовану платформу. 4 UA 109818 U 5 UA 109818 U 6 UA 109818 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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