Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем та розширеними можливостями для лівс полігонного випробувального комплексу

Реферат: Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів vм, модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів vм і 2vм, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарату, що виміряна, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер "1"│"0", схеми I, лічильники, фільтр із заданою смугою пропускання, диференційовані ланцюжки, випрямлячі, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр та електронну обчислювальну машину. Додатково введено оптикоелектронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів. UA 91562 U (12) UA 91562 U UA 91562 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 (ЛІВС) з частотно-часовим методом (ЧЧМ) пошуку, розпізнавання та вимірювання параметрів руху літального апарату (ЛА). Відомий "Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями" [1], який містить керуючий елемент (КЕ), блок керування дефлекторами (БКД), лазер з накачкою (Лн), модифікований селектор подовжніх мод (МСПМ), 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), інформаційний блок з розширеними можливостями (ІБРМ) з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів (ФІ), тригер "1”│“0", схеми I, лічильники (Лч), фільтр із заданою смугою пропускання (Фп), детектор (Дет), диференційовану оптику (ДО), підсилювач (П), фільтр (Ф), диференційовані ланцюжки (ДЛ), випрямлячі (Вип), електронно-цифрову обчислювальну машину (ЕЦОМ) та блок відображення інформації (БВІ) про похилу дальність R до ЛА. 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 похилої дальності до літальних апаратів з МСПМ та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу" [2], який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів Δνм, модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів Δνм і 2Δνм, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер "1”│“0", схеми I, лічильники, фільтр із заданою смугою пропускання, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, диференційовані ланцюжки, випрямлячі, електронну обчислювальну машину (ЕОМ) та блок відображення інформації про похилу дальність до ЛА. Недоліком каналу-прототипу є те, що він не здійснює об'єктивний контроль у денних і нічних умовах під час проведення випробувань ЛА. В основу корисної моделі поставлена задача створити канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу, який дозволить здійснювати виявлення ЛА, високоточне вимірювання похилої дальності у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальний (N) інформаційний взаємозв'язок з ЛА на несучих частотах νn, об'єктивний контроль, розширення функціональних можливостей під час проведення випробувань ЛА у нічний час, збереження інформації, яка оброблена під час проведення випробувань та, завдяки використання поляризаційних ознак, 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, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів Δν м, модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів Δνм i 2Δνм, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер "1”│“0", схеми I, лічильники, фільтр із заданою смугою пропускання, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, диференційовані ланцюжки, випрямлячі, електронну обчислювальну машину та блок відображення інформації про похилу дальність до ЛА, після ЕОМ виведено блок відображення інформації про похилу дальність до ЛА та додатково введено оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів. Побудова каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптикоелектронним модулем та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу пов'язана з використанням ЧЧМ [3] та синхронізованого одномодового богаточастотного випромінювання єдиного лазера-передавача. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі полягає у виявленні ЛА, високоточному вимірюванні похилої дальності у широкому діапазоні дальностей, 1 UA 91562 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 починаючи з початкового моменту його польоту, багатоканальному (N) інформаційному взаємозв'язку з ЛА на несучих частотах νn, здійсненні об'єктивного контролю у денних і нічних умовах, збереженні інформації, яка оброблена під час проведення випробувань та розширенні набору поляризаційних ознак розпізнавання ЛА, що отримуються, підвищенні ефективності і скороченні часу на його розпізнавання. На фіг. 1 приведено передавальний бік узагальненої структурної схеми запропонованого каналу, де: І - вимірювальний сигнал; II - інформаційний сигнал та сигнал з просторовою модуляцією поляризації; ІІІ - інформація у видимому і інфрачервоному діапазонах; б - введення сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата, що виміряна. На фіг. 2 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу. На фіг. 3 приведено 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 приведено створення лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації. На фіг. 5 приведені епюри напруг з виходів блоків вимірювання похилої дальності до ЛА, де: а) - від блоку опорного сигналу; б) - від блока відбитого сигналу. Запропонований канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптикоелектронним модулем та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу містить керуючий елемент 1, блок керування дефлекторами 2, лазер з накачкою 3, модифікований селектор подовжніх мод 4, призми для частоти міжмодових биттів Δν м, модифікований блок дефлекторів 5, перемикач для частот міжмодових биттів Δνм і 2Δνм, передавальну оптику 6, оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів 7, приймальну оптику 8, фотодетектори 9, широкосмуговий підсилювач 10, інформаційний блок з розширеними можливостями 11 з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, що виміряна, резонансні підсилювачі 12, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів 13, тригер "1"|“0" 14, схему I 15, лічильники 16, фільтр із заданою смугою пропускання 17, диференційовані ланцюжки 18, випрямлячі 19, детектор 20, диференційовану оптику 21, підсилювач 22, фільтр 23 та електронну обчислювальну машину 24. Робота запропонованого каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу полягає у наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання лазерапередавача (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні пари частот і окремі частоти для створення: - багатоканального (N) інформаційного зв'язку та лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з подовжніх мод (несучих частот ν n); - рівносигнального напрямкуна основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки 4-м парціальним діаграмам спрямованості, 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. Також, за допомогою МСПМ та ІБРМ створюється лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом створення лазерного випромінювання з двох несучих частот (νn1 та νn2) у вигляді двох променів з вертикальною (νn1) та горизонтальною (νn2) поляризацією (фіг. 4). При цьому випромінювання апертури першого і другого поляризаційних каналів в апертурної плоскості V0U рознесені на відомій відстані Δνq. Різність ходу пучків до картинної плоскості ЛА Х0У змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цім різність фаз (амплітуд) між поляризованими компонентами, що ортогональні, поля у картинної плоскості також змінюється від точки до точки. В залежності від різності фаз (амплітуд) у картинній плоскості 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 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. 2 UA 91562 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Груповий сигнал, який складений з несучих частот ν n, 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, 3). Водночас сигнал частот міжмодових биттів Δνм, 2Δνм, 3Δνм та 6Δνм потрапляє на МБД, який створений з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС попарно зустрічно сканують МБД у кожній з двох ортогональних площин (фіг. 1, 3). Період сканування задається блоком керування дефлекторів, який разом з Лн живляться від керуючого елемента. 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 скановані точки простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній з двох ортогональних площин α і β (X і У). При цьому інформаційний сигнал та лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації на несучих частотах ν n проходять вдовж РСН. Прийняті ПРМО від ЛА інформаційні та лазерні імпульсні сигнали і огинаючі сигнали ДС лазерного випромінювання, відбиті в процесі сканування чотирьох ДС, за допомогою фотодетектора перетворюються в електричні імпульсні сигнали на несучій частоті і різницевих частотах міжмодових биттів. Посилювані 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 При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП 1 (РП Δν м від) формують сигнал про похилу дальність R до ЛА, а РП 4 (РП 6Δν м від), РП 2 (РП 2Δνм від) і РП 3 (РП 3Δνм від) сигнали для інших вимірювальних каналів ЛІВС. При відбитті від поверхні ЛА 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 ЛА, їх характеристики і тощо, що відображається у ЕОМ. Тому у ІБРМ також здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. Принцип роботи грубої шкали каналу вимірювання похилої дальності до ЛА (в структурі ЛІВС) полягає у наступному (фіг. 2, 5). На боці, який передає. Виділена модифікованим селектором подовжніх мод зі спектру випромінювання лазера перша пара частот ν54 розщеплюється під дією розщеплювача (призми) на два оптичні сигнали: 1) основний - сканований МБД 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) додатковий (1) - перетворений ФТД в електричний імпульсний сигнал різницевої частоти міжмодового биття Δνм, надходить на ФІ1, де відбувається виділення "пачок" імпульсів, прийнятих схемою "І". Отриманий від ФТД додатковий оптичний сигнал частоти ν5,4 з "бланкуючими" імпульсами, перетворений в сигнал Δνм, 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 Тр з індексом "1", включаючи його. На боці, який приймає. Відбитий від ЛА основний сигнал частот ν5,4 у сумі з груповим, минаючи ПРМО, перетворюється ФТД в електричний імпульсний сигнал Δνм, підсилюється ШП та виділяється в РП, як сигнал міжмодової частоти Δνм від і, проходячи через Дет, перетворюється точно також, як і додатковий електричний сигнал (2) частоти Δνм, надходить тільки на тригер з індексом "0", "перекидаючи" його. Сигнал, що надходить з Тр на схему І здійснює періодичне "відкриття" і "закриття" проходу для "пачок" імпульсів з ФІ1, які підраховуються Лч і відпрацьовуються у вигляді числа, котре відповідає R, відпрацьовуються і відображаються 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 (для формування "бланкуючого" імпульсу). 3 UA 91562 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Так як канал вимірювання похилої дальності до ЛА пропонується використовувати у структурі ЛІВС з ЧЧМ, то вмикання та вимикання перемикача (П) відбувається одночасно для 2ох пар частот ν5,4 і ν9,7. Апаратурні помилки виміру похилої дальності R до ЛА в 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 Uп та залежить від форми скануючої ДС лазерного випромінювання і 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 надходить на ЕОМ, здійснюється за рахунок використання методів та моделей паралельної часу параметризованої обробки даних. Вимірювальна інформація про тангенціальну швидкість (кутові швидкості) ЛА використовується в ІБРМ, де завдяки додаткової обробці елементів поляризаційної матриці розсіяння ЛА від отриманого поляризаційного поля (суми сигналів різної поляризації) отримується 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 заданій точці простору груповий сигнал, який складений з частот міжмодових биттів і несучих частот ν n, сканується у заданій зоні з заданим законом сканування у вигляді сумарної ДС лазерного випромінювання за допомогою модифікованого блока дефлекторів, де кут та напрямок відхилення сумарної ДС задається блоком керування дефлекторами (фіг. 1, 2). Кількість інформаційних каналів (N), що формуються, залежить від кількості мод (несучих частот νn), які мають необхідні вихідні характеристики для використання. Формування сумарної ДС лазерного випромінювання, створення РСН, інформаційного каналу та каналу, якій 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 № 60333, Україна, MПK G01S17/42, G01S17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями. /О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, Д.Г. Васильєв та ін. - № u201101745; заяв. 14.02.2011; опубл. 10.06.2011; Бюл. № 11. - 12 с. 2. Патент на корисну модель № 75127, Україна, МПК G01S17/42, G101S17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з МСПМ та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу. /О.В. Коломійцев, О.С. Балабуха, О.О. Болюбаш та ін. -№ u201204763; заяв. 17.04.2012; опубл. 26.11.2012; Бюл. № 22. - 7 с. 3. Патент на корисну модель № 55645, Україна, МПК G01S17/42, G01S17/66. 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 похилої дальності до літальних апаратів з оптико-електронним модулем та розширеними можливостями для ЛІВС полігонного випробувального комплексу, який містить керуючий елемент, блок керування дефлекторами, лазер з накачкою, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів vм, модифікований блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів vм і 2vм, передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, інформаційний блок з розширеними можливостями з б - введенням сигналу тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарату, що виміряна, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер "1"│"0", схеми I, лічильники, фільтр із заданою 4 UA 91562 U смугою пропускання, диференційовані ланцюжки, випрямлячі, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр та електронну обчислювальну машину, який відрізняється тим, що додатково введено оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного та інфрачервоного каналів. 5 UA 91562 U 6 UA 91562 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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