Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ла для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи

Реферат: Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної лазерної 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, багатофункціональний інформаційний блок, резонансні підсилювачі, налаштовані 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, гіростабілізовану платформу та а - введення опорного сигналу з частотою  м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей літального апарату, причому додатково введено апаратуру обміну даними. UA 119071 U (12) UA 119071 U UA 119071 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 лазерної вимірювальної системи (МСЛВС). Відомий "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для комбінованої лазерної системи" [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), оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), багатофункціональний інформаційний блок (БІБ), резонансні підсилювачі (РП), налаштовані 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 м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей літального апарата (ЛА). Недоліком відомого каналу є те, що він не забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщується суміщена приймально-передавальна апаратура та ВМ по кутах азимута  і місця  . Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип є "Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної 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, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, багатофункціональний інформаційний блок, резонансні підсилювачі, налаштовані 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, гіростабілізовану платформу (ГСП) та а введення опорного сигналу з частотою м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не здійснює обмін інформацією за радіоканалом з центральним командним пунктом (ЦКП). В основу корисної моделі поставлена задача створити канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, який дозволить здійснювати багатоканальну (N) передачу команд керування на ЛА на частотах міжмодових биттів 9м Nмn , точне і стійке кутове автосупроводження при одночасному вимірюванні кутів азимута  і місця  у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей під час проведення випробувань ЛА у нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань, дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і ВМ по кутах  і  , обмін інформацією зі споживачами ЦКП та, в разі необхідності, пошук ЛА у заданій зоні за заданим законом сканування діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання (ЛВ) і його 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, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, багатофункціональний інформаційний блок, резонансні підсилювачі, налаштовані 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, гіростабілізовану 1 UA 119071 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 платформу та а - введення опорного сигналу з частотою м від передавального лазера, б введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА, додатково введено апаратуру обміну даними (АОД). Побудова каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи пов'язана з використанням одномодового богаточастотного з синхронізацією подовжніх мод випромінювання єдиного лазера-передавача, частотно-часового методу (ЧЧМ) вимірювання [3], OEM та АОД. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у стійкому кутовому автосупроводженні ЛА при одночасному високоточному вимірюванні кутів азимута і місця, багатоканальної передачі команд керування на ЛА, здійсненні об'єктивного контролю у денних і нічних умовах, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань, забезпеченні просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і виконавчі механізми, обміну інформацією зі споживачами та, в разі необхідності, пошуку ЛА у заданій зоні і його розпізнаванні. На фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: І вимірювальний сигнал; II - інформаційний сигнал; III - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах; а - введення опорного сигналу з частотою м (3м ) від лазерапередавача; б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА. На фіг. 2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування сумарною ДС ЛВ у невеликому куті і окремо 4-ма ДС ЛВ в 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 МСЛВС. Запропонований канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної лазерної 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, оптикоелектронний модуль 7, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику 8, фотодетектор 9, широкосмуговий підсилювач 10, багатофункціональний інформаційний блок 11, резонансні підсилювачі 12, налаштовані 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, апаратуру обміну даними 27 та а - введення опорного сигналу з частотою м від передавального лазера, б введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА. Робота запропонованого каналу автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної лазерної 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м,...Nмn ); РСН на основі формування сумарної ДС ЛВ, завдяки 4-м парціальним ДС ЛВ, 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 . Лазерний сигнал, який складений з частот міжмодових биттів Nмn , 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, 2). Водночас імпульсний лазерний сигнал (вимірювальний) частот міжмодових биттів м , 2м, 3м та 6м надходить на МБД, що складається з 4-х п'єзоелектричних 2 UA 119071 U 5 10 дефлекторів. Парціальні ДС ЛВ попарно зустрічно сканують МБД у кожній з двох ортогональних площин (фіг. 1, 2). Період сканування задається БКД, який разом з Лн живиться від КЕ. 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 ЛВ у кожній з двох ортогональних площин  і  (X і У). При цьому груповий (інформаційний) лазерний сигнал на частотах 9м Nмn проходить вздовж РСН (фіг. 2). Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигнали ДС ЛВ, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС ЛВ, за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучих частотах і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються: в БІБ для обробки інформації, що приймається від ЛА, та його розпізнавання; по РП, що налаштовані на відповідні частоти міжмодових биттів м в ід , 2м в ід , 3м в ід , 6м в ід . 15 Імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП м і РП 2м , формують сигнал похибки по куту  , а РП 3м і РП 6м - по куту  . Формування сигналу похибки по куту а полягає у наступному. Введення імпульсного сигналу (а) з опорного каналу м , перетвореного ФІ1 у "пачки" опорних імпульсів на частоті м оп , надходить на схему "І". 20 Виділений і посилений імпульсний сигнал з РП м в ід частоти міжмодових биттів м в ід детектується Дет у вигляді огинаючої сигналу, що змінюється за законом руху ДС ЛВ і, після проходження Ф, перетворюється у ФІ2 у точках переходів періодів сканування в імпульси (один імпульс за період сканування), надходить на тригер "1", перекидаючи його (фіг. 3, 4). У цей же час, виділений і посилений РП 2м в ід імпульсний сигнал частоти міжмодових 25 биттів 2м в ід 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 з 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 початок і кінець відліку часового інтервалу є граничне значення Uп (порогове значення напруги) (фіг. 4). 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 Лч імпульси перетворюються ЦАП у аналоговий сигнал похибки з необхідним знаком, що змішується у ФНЧ з імпульснимсигналом 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 підсилений підсилювачем сигналу похибки, відпрацьовується за допомогою ВМ (  ), 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 в ід , а на Тр надходить другим імпульс з ФІ2 міжмодової частоти 30 35 40 45 50 2м в ід (фіг. 1, 4, 5). На схему "І" від Тр 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 в ід , а другим - з каналу м в ід . 3 UA 119071 U Визначення знаку "+" або "-", або сторони відхилення ЛА від РСН полягає у наступному. Якщо ЛА знаходиться вище РСН, то імпульс 1 від каналу м в ід випереджає імпульс 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 каналу 2м в ід (фіг. 1,4 а). Оскільки строб від Тр 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 Лч пропорційно куту відхилення а від РСН. Форматування сигналу похибки по куту  відбувається таким же чином, як для сигналу похибки по куту  . BM і BM  розвертають приймально-передавальну платформу таким чином, щоб ЛА знаходився на РСН каналу АСН (на РСН сумарної ДС ЛВ). 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, та обробка (вимірювання) кутів азимута  і місця  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. Підвищення швидкості обробки інформації, яка надходить на ЕОМ здійснюється за рахунок використання технології синтезу часу параметризованих паралельних програм. Вимірювальна інформація про кутові швидкості ЛА додатково використовується в БІБ для розпізнавання ЛА, що супроводжується. Гіростабілізована платформа забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи каналу, на якій розміщена суміщена приймально-передавальна апаратура та ВМ по кутах азимута  і місця  . В разі необхідності виявлення ЛА у заданої точці простору груповий сигнал, який складений з частот міжмодових биттів і несучих частот  n , сканується у вигляді сумарної ДС ЛВ за допомогою МБД, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС ЛВ задається БКД (фіг. 1, 2). Кількість інформаційних каналів (N) залежить від мод (n ) , які мають необхідні вихідні характеристики для подальшого використання. Видача інформації, яка отримана під час проведення випробувань ЛА, споживачам (на ЦКП) та отримання додаткової інформації від керівництва здійснюється за допомогою апаратури обміну даними за радіоканалом. Формування сумарної ДС ЛВ, створення РСН, інформаційного каналу для каналу, що пропонується, пов'язано із задоволенням жорстких вимог, які 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 № 100572, Україна, MПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком 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. - № u201502489; заяв. 19.03.2015; опубл. 27.07.2015; Бюл. № 14. - 7 с. 2. Патент на корисну модель № 109820, Україна, MПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної вимірювальної системи / О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, О.О. Звєрєв та ін. - u201602120; заяв. 04.03.2016; опубл. 12.09.2016; Бюл. № 17. - 9 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. 4 UA 119071 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Канал автоматичного супроводження літальних апаратів за напрямком з використанням частот міжмодових биттів та можливістю пошуку і розпізнавання ЛА для мобільної суміщеної лазерної 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, багатофункціональний інформаційний блок, резонансні підсилювачі, налаштовані 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, гіростабілізовану платформу та а - введення опорного сигналу з частотою  м від передавального лазера, б - введення сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей літального апарату, який відрізняється тим, що додатково введено апаратуру обміну даними. 5 UA 119071 U 6 UA 119071 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7