Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи

Реферат: Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів  м , блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів  м і 2м , передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер "1"|"0", схему "і", лічильники, фільтр із заданою смугою пропускання, диференційовані ланцюжки, випрямлячі, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, електронну обчислювальну машину та гіростабілізовану платформу. Крім цього додатково введено апаратуру обміну даними. UA 121427 U (12) UA 121427 U UA 121427 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 вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем для комбінованої лазерної системи» [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), модифікований селектор подовжніх мод (МСПМ), призми для частоти міжмодових биттів  м , блок дефлекторів (БД), перемикач для частот міжмодових биттів  м і 2м , передавальну оптику (ПРДО), оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику (ПРМО), фотодетектори (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), інформаційний блок (ІБ), резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів (ФІ), тригер "1"|"0", схему "і" ("І"), лічильники (Лч), фільтр із 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 забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщується суміщена приймально-передавальна апаратура та виконавчі механізми (ВМ) по кутах азимута  і місця . Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип, є "Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної вимірювальної системи" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів  м , блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів  м і 2м , передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер "1"|"0", схему "і", лічильники, фільтр із заданою смугою пропускання, детектор, диференційовані ланцюжки, випрямлячі, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, електронну обчислювальну машину та гіростабілізовану платформу (ГСП). 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 похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, який дозволить здійснювати високоточне вимірювання похилої дальності до літального апарату (ЛА) у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальну (N) передачу команд керування на ЛА, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей у нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, обмін інформацією зі споживачами ЦКП та дотримання просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і ВМ по кутах азимута  і місця . Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал-прототип, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів  м , блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів  м і 2м , передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер "1"|"0", схему "і", лічильники, фільтр із заданою смугою пропускання, детектор, диференційовані ланцюжки, випрямлячі, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, електронну обчислювальну машину та гіростабілізовану платформу, додатково введено апаратуру обміну даними (АОД). Побудова каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптикоелектронним модулем 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 високоточному вимірюванні похилої дальності до ЛА, багатоканальної передачі команд 1 UA 121427 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 керування на ЛА, здійсненні об'єктивного контролю у денних і нічних умовах, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА, обміну інформацією зі споживачами та забезпеченні просторової стабілізації платформи, на якій розміщуються суміщена приймально-передавальна апаратура і виконавчі механізми. 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. На фіг. 2 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу. На фіг. 3 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування 4-ма діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання (ЛВ) в ортогональних площинах. На фіг. 4 приведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу, де: а) - від блока опорного сигналу; б) - від блока відбитого сигналу. Запропонований канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптикоелектронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, модифікований селектор подовжніх мод 4, призми для частоти міжмодових биттів  м , блок дефлекторів 5, перемикач для частот міжмодових биттів  м і 2м , передавальну оптику 6, оптикоелектронний модуль 7, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику 8, фотодетектори 9, широкосмуговий підсилювач 10, інформаційний блок 11, резонансні підсилювачі 12, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів 13, тригер "1"|"0" 14, схему "і" 15, лічильники 16, фільтр із заданою смугою пропускання 17, диференційовані ланцюжки 18, випрямлячі 19, детектор 20, диференційовану оптику 21, підсилювач 22, фільтр 23, електронну обчислювальну машину 24, гіростабілізовану платформу 25 та апаратуру обміну даними 26. Робота запропонованого каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи полягає у наступному. Зі спектра випромінювання одномодового багаточастотного з синхронізацією подовжніх мод лазера-передавача (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні частоти та їх комбінації для створення: - багатоканальної (N) передачі інформації на ЛА, за умови використання сигналу з подовжніх мод (несучих частот  n ); - 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 . Груповий сигнал, який складений з несучих частот  n , минаючи БД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від ІБ та формує багатоканальний (N) інформаційний сигнал, що передається на ЛА (фіг. 1, 2). Водночас сигнал частот міжмодових биттів м , 2м ,3м та 6м потрапляє на БД, який створений з 4-х дефлекторів. Парціальні ДС ЛВ попарно зустрічно сканують БД у кожній з двох ортогональних площин. Період сканування задається БКД, який разом з Лн живляться 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 інформаційні сигнали (несучі частоти  n ) проходять вздовж РСН. Принцип роботи грубої шкали каналу вимірювання похилої дальності до ЛА полягає у наступному (фіг. 2, 3). На передавальному боці. Виділена МСПМ зі спектру випромінювання лазера перша пара частот  5,4 , розщеплюється під дією розщеплювача (призми) на два оптичні сигнали: 1) основний - сканується БД під певним кутом (з часом Т пр, 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 UA 121427 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2) додатковий (1) - 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 інформаційні та, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС ЛВ, лазерні імпульсні сигнали і огинаючи сигнали ДС ЛВ за допомогою ФТД перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучій частоті і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються: - в ІБ для обробки інформації, що приймається від ЛА; - по РП, які настроєні на відповідні частоти м , 2м ,3м , 6м . У зв'язку з тим, що канал, який пропонується, використовується у структурі МСЛВС, імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП 1 (РП  м ) формують сигнал про похилу дальність до ЛА, а РП 2, РП 3 і РП 4 (РП 2м , РП 3м і РП 6м ) - до інших вимірювальних каналів (фіг. 1). Отриманий від ФТД додатковий оптичний сигнал частоти  5,4 з "бланкуючими" імпульсами, перетворений в сигнал  м , здобуває чіткі межі "бланкуючого" імпульсу та, проходячи ДО, підсилюється. Фільтр зі смугою пропускання П  1 i (де i - 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 Тр з індексом "1", включаючи його. На приймальному боці. Відбитий від ЛА основний сигнал частот  5,4 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 Тр з індексом "0", "перекидаючи" його. Сигнал, що надходить з Тр на схему "І", здійснює періодичне "відкриття" і "закриття" проходу для "пачок" імпульсів з ФІ1, що підраховуються Лч та відпрацьовуються у вигляді числа про похилу дальність до ЛА у ЕОМ. Таким чином відбувається вимірювання похилої дальності до ЛА на грубій шкалі. Перехід на точну шкалу (генерація пікосекундних імпульсів) здійснюється одразу після припинення включення "П" (формування "бланкуючого" імпульсу). Так як канал вимірювання похилої дальності до ЛА пропонується ввести до складу структури МСЛВС, то вмикання та вимикання "П" відбувається одночасно для 2-х (пар) частот  5,4 і  9,7 . Апаратурні похибки вимірювання похилої дальність до ЛА до ЛА в запропонованому каналі це похибки визначення початку і кінця відліку часового інтервалу, похибки за рахунок дискретності та нестабільності частоти проходження тактових (рахункових) імпульсів. Точність оцінки інтервалу визначається крутністю огинаючої при заданому граничному значенні напруги Uп та залежить від форми ДС ЛВ, що сканує та відношення сигнал/шум. 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) 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. Підвищення швидкості обробки інформації, яка поступає на ЕОМ здійснюється за рахунок використання методів та моделей паралельної часу параметризованої обробки даних. Кількість інформаційних каналів залежить від кількості мод (несучих частот  n ), 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. Гіростабілізована платформа забезпечує дотримання просторової стабілізації платформи каналу, на якій розміщена суміщена приймально-передавальна апаратура та ВМ по кутах азимута  і місця . 3 UA 121427 U 5 10 15 Формування сумарної ДС лазерного випромінювання, створення РСН, інформаційного каналу для каналу, що пропонується, пов'язано із задоволенням жорстких вимог, що пред'являються до спектру випромінювання одномодового багаточастотного лазерапередавача, тобто високоточної синхронізації подовжніх мод і стабілізації частот міжмодових биттів. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 101412, Україна, MПK G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем для комбінованої лазерної системи / О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, Г.В. Альошин та ін. - № u201502606; заяв. 23.03.2015; опубл. 10.09.2015; бюл. № 17. - 6 с. 2. Патент на корисну модель № 111451, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної вимірювальної системи / О.В. Коломійцев, І.І. Сачук, В.Б. Бзот та ін. - № u201604965; заяв. 04.05.2016; опубл. 10.11.2016; бюл. № 21. - 6 с. 3. Патент на корисну модель № 55645, Україна, MПK 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 20 Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем для мобільної суміщеної лазерної вимірювальної системи, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів  м , блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових 25 30 биттів  м і 2м , передавальну оптику, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер "1"|"0", схему "і", лічильники, фільтр із заданою смугою пропускання, диференційовані ланцюжки, випрямлячі, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, електронну обчислювальну машину та гіростабілізовану платформу, який відрізняється тим, що додатково введено апаратуру обміну даними. 4 UA 121427 U 5 UA 121427 U 6 UA 121427 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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