Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи

Реферат: Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями 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, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей літального апарату, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери, реверсивні лічильники, схеми "і", схеми порівняння, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу та м оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (м оп, 2 м оп, 3 м оп, 6 м оп) від передавального лазера. Додатково введено апаратуру обміну даними. UA 121421 U (12) UA 121421 U UA 121421 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 лазерної вимірювальної системи (МСЛВС). Відомий "Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових битті в і МБД та розширеними можливостями 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), інформаційний блок з розширеними можливостями (ІБРМ) з б - введенням сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей літального апарату (ЛА), резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів (ФІ), тригери "1"|"0", схеми "і" ("І"), резонансні лічильники (РЛч), схеми порівняння (СП), електронну обчислювальну машину (ЕОМ) та Δνм оп введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δνм оп, 2Δνм оп, 3Δνм оп, 6Δνм оп) від передавального лазера. Недоліком відомого каналу є те, що він не забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщується суміщена приймально-передавальна апаратура та виконавчі механізми (ВМ) по кутах азимута α і місця β. Найближчим аналогом є "Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями 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, інформаційний блок з розширеними можливостями з б введенням сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери, реверсивні лічильники, схеми "і", схеми порівняння, електронну обчислювальну машину, гіростабілізіровану платформу (ГСП) та Δνм оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δνм оп, 2Δνм оп, 3Δνм оп, 6Δνм оп) від передавального лазера. 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 вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, який дозволить здійснювати високоточне вимірювання кутових швидкостей (прискорення α' і β') ЛА, багатоканальну (N) передачу команд керування на ЛА на частотах міжмодових биттів 9Δν м … NΔνмn, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей 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, 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, завдяки використанню поляризаційних ознак ЛА, що отримуються, детально розпізнавати його за короткий час. 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, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери, реверсивні лічильники, схеми "і", схеми порівняння, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу та м оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (м оп, 2м оп, 3м оп, 6м оп) від передавального лазера, згідно з корисною моделлю, додатково введено апаратуру обміну даними (АОД). Побудова каналу вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями 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. 1 UA 121421 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає у високоточному вимірюванні кутових швидкостей ЛА, багатоканальній передачі команд керування на ЛА, 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 обміну інформацією зі споживачами та, в разі необхідності, пошуку ЛА у заданій зоні і скороченні часу на його розпізнавання. На Фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: а вимірювальний сигнал; в - інформаційний сигнал та сигнал з просторовою модуляцією поляризації; с - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах; м оп … введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів м оп, 2м оп, 3м оп, 6м оп) від передавального лазера; 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-мя ДС ЛВ в ортогональних площинах. На Фіг. 3 приведено створення лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації. На Фіг. 4 приведені епюри напруг з виходів блоків пропонованого каналу. Запропонований канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної 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 з розширеними можливостями 11 з б введенням сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей ЛА, резонансні підсилювачі 12, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів (ФІ 1-13, ФІ 2-14, ФІ 315), тригери 16, реверсивні лічильники 17, схеми "і" 18, схеми порівняння 19, електронну обчислювальну машину 20, гіростабілізовану платформу 21, апаратуру обміну даними 22 та м оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (м оп, 2м оп, 3м оп, 6м оп) від передавального лазера. Робота запропонованого каналу вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями 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 Δν101=ν10-ν1=9Δνм, … Nмn); лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з двох подовжніх мод (несучих частот νn1, νn2); РСН на основі формування сумарної ДС ЛВ, завдяки 4-х парціальних ДС ЛВ, 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. Лазерний сигнал, який складений з частот міжмодових биттів Nмn, минаючи МБД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від ІБРМ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається на ЛА (Фіг. 1, 2). Також, за допомогою СПМ БРК та ІБРМ створюється лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом створення ЛВ з двох несучих частот (νn1 та νn2) у вигляді двох променів з вертикальною (νn1) та горизонтальною (νn2) поляризацією (Фіг. 3). При цьому випромінювання апертури першого і другого поляризаційних каналів в апертурній площині V0U рознесені на відомій відстані Δνq. Різність ходу пучків до картинної площини ЛА ХОУ змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цім різність фаз (амплітуд) між поляризованими компонентами, що ортогональні, поля у картинній площині також змінюється від точки до точки. В залежності від різності фаз (амплітуд) у картинній площині 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 Δνq та відстанню до картинної площини R. Розподіл інтенсивності в реєстрованому зображенні ЛА 2 UA 121421 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 промодульовано по гармонійному закону з коефіцієнтом модуляції та дорівнює значенню ступеня поляризації випромінювання, що відбито в даній ділянці поверхні ЛА. 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 дефлекторів. Парціальні ДС ЛВ попарно зустрічно сканують МБД у кожній з двох ортогональних площин (Фіг. 2). Період сканування задається БКД, який разом з Лн живляться від КЕ. 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 скануєми точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС ЛВ у кожній з двох ортогональних площин α і β (X і У). При цьому груповий (інформаційний) лазерний сигнал частот 9м … Nмn та лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації на несучих частотах νn1, νn2 проходять вдовж РСН (Фіг. 2). Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та лазерні імпульсні сигнали і огинаючи 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 ІБРМ 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 Δνм від, 2Δνм від, 3Δνм від, 6Δνм від. Імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП 1 і РП 2 (РП Δν м від і РП 2Δνм від), формують сигнал прискорення α', а РП 3 і РП4 (РП 3м від і РП 6м від) - прискорення β'. При відбитті лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від поверхні ЛА, 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 і тощо, що відображається у ЕОМ. Тому у ІБРМ також здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Формування сигналу прискорення α' полягає у наступному. Виділені імпульси ФІ 1 першої І лінії від опорної частоти ΔνM оп надходять на РЛч 1 (Фіг. 1, 4). У цей же час відбитий від ЛА оптичний сигнал частоти міжмодових биттів, який перетворюється ФТД у радіочастоту міжмодових биттів м від, змінюється за законом руху ДС ЛВ, перетворюється у другій лінії II ФІ 2 у точках переходів півперіодів сканування в імпульси (один імпульс за півперіод сканування), надходить на тригер "1" та запускає його першим імпульсом. Перший імпульс, який надходить від тригера відкриває РЛч для рахування імпульсів від ФІ 1 і схему "І" для перезапису на схему порівняння. Другий імпульс від тригера надходить на реверсивний вхід того ж РЛч, який здійснює зворотній рахунок імпульсів, що надходять через нього. Третій та наступні імпульси, надходять на тригер і роблять аналогічні дії першому. Другий імпульс не надходить на схему "І", а третій імпульс, як і перший, надходить на ФІ 3, схему "І", пропускає різностне число на схему порівняння і т.д. Таким чином, в РЛч записується число імпульсів порівняно різності подовженого та покороченого (руху ДС ЛВ) півперіоду сканування. Півперіод сканування подовжується тоді, коли швидкість ЛА співпадає зі швидкістю руху ДС ЛВ, а коли не співпадає - покорочується. Формування сигналу прискорення β' відбувається таким же чином, як для прискорення α'. Отримання інформації про кутові швидкості (прискорення ' і ') з її відображенням відбувається в ЕОМ. 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) кутової швидкості 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. 3 UA 121421 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Вимірювальна інформація про кутові швидкості ЛА використовується в ІБРМ, де завдяки додаткової обробки елементів поляризаційної матриці розсіяння ЛА від отриманого поляризаційного поля (суми сигналів різної поляризації) забезпечується точне значення кутових швидкостей ЛА, розширюється набір ознак його розпізнавання, підвищується ефективність та скорочується час на розпізнавання ЛА, що супроводжується. В разі необхідності виявлення ЛА у заданої точці простору груповий сигнал, який складений з частот міжмодових биттів і несучих частот νn, сканується у вигляді сумарної ДС ЛВ за допомогою МБД, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС ЛВ 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 α’ і місця β’. Кількість інформаційних каналів (N) залежить від кількості комбінацій парних мод (несучих частот νn), які мають необхідні вихідні характеристики для 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, що пред'являються до спектру випромінювання одномодового багаточастотного лазера-передавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 100568, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для комбінованої лазерної системи/ О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, В.В. Воїнов та ін. - № u201502484; заяв. 19.03.2015; опубл. 27.07.2015; Бюл. № 14. - 7 с. 2. Патент на корисну модель № 110338, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів і МБД та розширеними можливостями для мобільної суміщеної вимірювальної системи/ О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201602354; заяв. 11.03.2016; опубл. 10.10.2016; Бюл. № 19. - 6 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 Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з використанням частот міжмодових биттів та розширеними можливостями для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, що 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 з розширеними можливостями з б - введенням сигналу від каналу вимірювання кутових швидкостей літального апарату, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери, реверсивні лічильники, схеми "і", схеми порівняння, електронну обчислювальну машину, гіростабілізовану платформу та м оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (м оп, 2 м оп, 3 м оп, 6 м оп) від передавального лазера, який відрізняється тим, що додатково введено апаратуру обміну даними. 4 UA 121421 U 5 UA 121421 U 6 UA 121421 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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