Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ла для лівс полігонного випробувального комплексу

Реферат: Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ЛA для ЛІВС полігонного випробувального комплексу містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, налаштовані на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери “1”|“0”, схеми I, реверсивні лічильники, схеми порівняння, електронну обчислювальну машину та Δνм оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δνм oп, 2 Δνм oп, 3 Δνм oп, 6 Δνм oп) від передавального лазера. Додатково введено оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів. UA 89597 U (12) UA 89597 U UA 89597 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до галузі електрозв'язку і може бути використана для синтезу лазерної інформаційно-вимірювальної системи (ЛIBC) з частотно-часовим методом (ЧЧМ) пошуку, розпізнавання та вимірювання параметрів руху літального апарату (ЛA). Відомий "Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), модифікований селектор подовжніх мод (МСПМ), модифікований блок дефлекторів (МБД), передавальну оптику (ПРДО), приймальну оптику (ПРМО), фотодетектор (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), модифікований інформаційний блок (МІБ), резонансні підсилювачі (РП), налаштовані на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів (ФІ), тригери “1”|“0”, схеми І, реверсивні лічильники (РЛч), схеми порівняння (СП), електронно-цифрову обчислювальну машину (ЕЦОМ) та Δνм оп введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δνм оп, 2 Δνм оп, 3 Δνм оп, 6 Δνм оп) від передавального лазера. Недоліком відомого каналу є те, що він не забезпечує збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань ЛА. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибраним як прототип є "Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з МСПМ та можливістю формування і обробки зображення ЛА для ЛІВС полігонного випробувального комплексу" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, налаштовані на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери “1”|“0”, схеми І, реверсивні лічильники, схеми порівняння, електронну обчислювальну машину (ЕОМ) та Δνм оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δνм оп, 2 Δνм оп, 3 Δνм оп, 6 Δνм оп) від передавального лазера. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не здійснює об'єктивний контроль ЛА у денних і нічних умовах під час проведення випробувань. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ЛA для ЛIBC полігонного випробувального комплексу, який дозволить здійснювати виявлення ЛA, високоточне вимірювання кутових швидкостей (прискорення ' і ') у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальний (Ν) інформаційний взаємозв'язок з ЛA на несучих частотах ν n, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей під час проведення випробувань ЛА у нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань та, в разі необхідності, формування і обробку його зображення. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у канал-прототип, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, налаштовані на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери “1”|“0”, схеми І, реверсивні лічильники, схеми порівняння, електронну обчислювальну машину та Δνм оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δν м оп, 2 Δνм оп, 3 Δνм оп, 6 Δνм оп) від передавального лазера, додатково введено оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів. Побудова каналу вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптикоелектронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ЛA для ЛIBC полігонного випробувального комплексу пов'язана з використанням синхронізованого одномодового богаточастотного випромінювання єдиного лазера-передавача та ЧЧМ [3]. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у виявленні ЛА, високоточному вимірюванні кутової складової швидкості (прискорення ' і ') у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальному (Ν) інформаційному взаємозв'язку з ЛА, здійсненні об'єктивного контролю ЛA у денних і нічних умовах, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань та, в разі необхідності, формуванні і обробки його зображення. На фіг. 1 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу, де: 1 вимірювальний сигнал; 2 - інформаційний сигнал та сигнал з просторовою модуляцією поляризації; 3 - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах; Δν м оп … введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δνм оп, 2 Δνм оп, 3 Δνм оп, 6 Δνм оп) від передавального лазера. 1 UA 89597 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування сумарною діаграмою спрямованості (ДС) лазерного випромінювання у невеликому куті і окремо 4-мя ДС в ортогональних площинах. На фіг. 3 приведено створення лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації. На фіг. 4 приведені епюри напруг з виходів блоків запропонованого каналу. Запропонований канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптикоелектронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ЛA для ЛІВС полігонного випробувального комплексу містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, модифікований селектор подовжніх мод 4, модифікований блок дефлекторів 5, передавальну оптику 6, оптико-електронний модуль 7, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів, приймальну оптику 8, фотодетектор 9, широкосмуговий підсилювач 10, модифікований інформаційний блок 11, резонансні підсилювачі 12, налаштовані на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів (ФІ 1-13, ФІ 2-14, ФІ 3-15), тригери “1” | ”0” 16, схеми I 17, реверсивні лічильники 18, схеми порівняння 19, електронну обчислювальну машину 20 та Δνм оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δνм оп, 2 Δνм оп, 3 Δνм оп, 6 Δνм оп) від передавального лазера. Робота запропонованого каналу вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ЛА для ЛІВС полігонного випробувального комплексу полягає у наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання лазера-передавача (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні пари частот і окремі частоти для створення: - багатоканального (Ν) інформаційного зв'язку, за умови використання сигналу подовжніх мод (несучих частот νn); - лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з подовжньої моди νn (в подальшому νn1, νn2); - рівносигнального напрямку на основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки 4-м парціальним ДС, 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. Груповий сигнал, який складений з несучих частот ν n, минаючи МБД, потрапляє на ПРДО, де змішується (модулюється) з інформаційним сигналом від МІБ та формує багатоканальний (Ν) інформаційний сигнал, що передається на ЛA (фіг. 1, 2). Також, за допомогою МСПМ та МІБ створюється лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом розведення лазерного випромінювання (несучої частоти ν n) на два променя (νn1 та νn2) з поворотом плоскості поляризації на кут 90° в одному з них (фіг. 3). При цьому випромінювання апертури першого і другого каналів в апертурної плоскості U0V рознесені на відстані . Різність ходу пучків до картинної плоскості ЛА Х0У змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цім різність фаз між поляризованими компонентами, що ортогональні, поля у картинної плоскості також змінюється від точки до точки. В залежності від різності фаз у картинній плоскості змінюється вигляд поляризації сумарного поля сигналу, що зондує від лінійної через еліптичну і циркулюючу до лінійної, ортогональної  начальної і т.д. Період зміни вигляду поляризації визначається базою між випромінювачами ρ та відстанню до картинної плоскості R. Розподіл інтенсивності в реєстрованому зображенні ЛА промодульовано по гармонійному закону з коефіцієнтом модуляції, дорівнює значенню ступеня поляризації випромінювання, що відбито, в даній ділянці поверхні ЛА. Водночас сигнал частот міжмодових биттів Δνм, 2Δνм, 3Δνм та 6Δνм потрапляє на МБД, який створений 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 КЕ. Проходячи через ПРДО, груповий лазерний імпульсний сигнал пар частот ν 5,ν4=Δνм, ν9,ν7=2Δνм, ν6,ν3=3Δνм та ν8,ν2=6Δνм фокусується в скануємі точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній з двох ортогональних площин  і  (X і У). При цьому інформаційний сигнал на частотах Ν ν n та сигнал з просторовою модуляцією поляризації νn1, νn2 проходять вдовж РСН (фіг. 2). Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та лазерні імпульсні сигнали і огинаючи сигнали ДС лазерного випромінювання, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС, за допомогою фотодетектора перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучих частотах і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП вони розподіляються: - в МІБ для обробки інформації, що приймається від ЛА та відбитого лазерного сигналу з 2 UA 89597 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 просторовою модуляцією поляризації, що зондує, від його поверхні; - по РП, що налаштовані 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 ΡΠ 2Δνм від) формують сигнал прискорення ', а РП 3 і РП 4 (ΡΠ 3Δνм від і РП 6Δνм від) - прискорення '. При відбитті від поверхні ЛA лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, що зондує 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 ЛA, їх характеристики і тощо. Тому у МІБ здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Формування сигналу прискорення ' полягає у наступному. Виділені імпульси ФІ 1 першої 1 лінії від опорної частоти Δν м оп надходять на РЛч 1 (фіг. 3). У цей же час відбитий від ЛА оптичний сигнал частоти міжмодових биттів, який перетворюється ФТД у радіочастоту міжмодових биттів Δνм від, змінюється по закону руху ДС лазерного випромінювання, перетворюється у другій лінії 11 ФI 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 різносте число на схему порівняння і т.д. Таким чином, в РЛч записується число імпульсів порівняно різності подовженого та покороченого (руху ДС) півперіоду сканування. Півперіод сканування подовжується тоді, коли швидкість руху ЛA співпадає зі швидкістю руху ДС, а коли не співпадає - покорочується. Формування сигналу прискорення ' відбувається таким же чином, як для прискорення '. Оптико-електронний модуль постійно здійснює у денних і нічних умовах у видимому та інфрачервоному діапазонах спостереження за ЛA, який супроводжується. Відображення інформації, що приймається (передається) від ЛА, об'єктивний контроль та обробка (вимірювання) кутової швидкості (прискорення ' і ') 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. В разі необхідності виявлення ЛA у заданій точці простору груповий сигнал, який складений з частот міжмодових биттів і несучих частот νn, сканується у заданій зоні за заданим законом сканування у вигляді сумарної ДС лазерного випромінювання за допомогою модифікованого блока дефлекторів, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС задається БКД (фіг. 1, 2). Кількість інформаційних каналів (Ν), що формуються, залежить від кількості мод, які мають необхідні вихідні характеристики для використання. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 51040, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з можливістю формування та обробки зображення ЛА. / О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, Д.Г. Васильєв та ін. - № u201001246; заяв. 08.02.2010; опубл. 25.06.2010; Бюл. № 12. - 10 с. 2. Патент на корисну модель №74266, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з МСПМ та можливістю формування і обробки зображення ЛA для ЛІВС полігонного випробувального комплексу. /О.В. Коломійцев, О.С. Балабуха, Д.Г. Васильєв та ін. - № u201203427; заяв. 22.03.2012; опубл. 25.10.2012; Бюл. № 20. - 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 .0 4 .2 01 0 ; оп уб л . 2 7 .1 2. 2 0 10 ; Бю л . № 2 4. 14 с . 3 UA 89597 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Канал вимірювання кутових швидкостей літальних апаратів з оптико-електронним модулем та можливістю формування і обробки зображення ЛA для ЛІВС полігонного випробувального комплексу, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, модифікований блок дефлекторів, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектор, широкосмуговий підсилювач, модифікований інформаційний блок, резонансні підсилювачі, налаштовані на відповідні частоти міжмодових биттів, формувачі імпульсів, тригери "1"|"0", схеми I, реверсивні лічильники, схеми порівняння, електронну обчислювальну машину та Δνм оп - введення опорних сигналів з частотами міжмодових биттів (Δνм oп, 2 Δνм oп, 3 Δνм oп, 6 Δνм oп) від передавального лазера, який відрізняється тим, що додатково введено оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів. 4 UA 89597 U 5 UA 89597 U 6 UA 89597 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7