Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями для комбінованої лазерної системи

Реферат: Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями для комбінованої лазерної 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 биттів м і 2м , передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, схему I, фільтр із заданою смугою пропускання, диференційований ланцюжок, випрямляч, тригер, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, лічильник та електронну обчислювальну машину, блок з розширеними можливостями із введенням б та б введення сигналу від каналу вимірювання тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата. Додатково введено оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів. UA 95397 U (12) UA 95397 U UA 95397 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 комбінованої лазерної системи (КЛС). Відомий "Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів для ЛВС 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 м , блок дефлекторів (БД), перемикач для частот міжмодових биттів м і 2м , передавальну оптику (ПРДО), приймальну оптику (ПРМО), фотодетектори (ФТД), широкосмуговий підсилювач (ШП), блок з розширеними можливостями (БРМ) із введенням б, резонансні підсилювачі (РП), настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів (ФІ), тригер "1"|"0", схему І, лічильник (Лч), фільтр із заданою смугою пропускання (Фп), детектор (Д), диференційовану оптику (ДО), підсилювач (П), фільтр (Ф), диференційовані ланцюжки (ДЛ), випрямлячі (Вип), електронно-цифрову обчислювальну машину (ЕЦОМ), блок відображення інформації (БВІ) про похилу дальність R до літального апарату (ЛА) та б - введення сигналу від каналу вимірювання тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) 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, обраним як прототип є "Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями для ЛВС полігонного випробувального комплексу" [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, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, блок з розширеними можливостями із введенням б, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер, схему I, лічильник, фільтр із заданою смугою пропускання, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, диференційовані ланцюжки, випрямлячі, електронну обчислювальну машину (ЕОМ) та б введення сигналу від каналу вимірювання тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) 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 розширеними можливостями для комбінованої лазерної системи, який дозволить здійснювати високоточне вимірювання похилої дальності R до ЛА 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 та, завдяки використання 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, модифікований селектор подовжніх мод, призми для частоти міжмодових биттів м , блок дефлекторів, перемикач для частот міжмодових биттів м і 2м , передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, блок з розширеними можливостями із введенням б, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, тригер, схему I, лічильник, фільтр із заданою смугою пропускання, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, диференційовані ланцюжки, випрямлячі, електронну обчислювальну машину та б - введення сигналу від каналу вимірювання тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА, додатково введено оптико-електронний модуль (OEM), який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів. Побудова каналу вимірювання похилої дальності до ЛА з розширеними можливостями для комбінованої лазерної системи пов'язана з використанням одномодового багаточастотного із синхронізацією подовжніх мод випромінювання єдиного лазера-передавача частотно-часового методу (ЧЧМ) [3] та OEM. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає у високоточному вимірюванні похилої дальності до ЛА у широкому діапазоні дальностей, починаючи з початкового моменту його польоту, 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. 1 UA 95397 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На Фіг. 1 приведено передавальний бік узагальненої структурної схеми запропонованого каналу, де: б - введення сигналу від каналу вимірювання тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА; І - вимірювальний сигнал; II - сигнал з просторовою модуляцією поляризації, III - комбінований сигнал у видимому і інфрачервоному діапазонах. На Фіг. 2 приведено створення рівносигнального напрямку (РСН) та сканування 4-ма діаграмами спрямованості (ДС) лазерного випромінювання в ортогональних площинах. На Фіг. 3 приведено створення лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації. На Фіг. 4 приведена узагальнена структурна схема запропонованого каналу. На Фіг. 5 приведені епюри напруг з виходів блоків вимірювання R до ЛА, де: а) від блока опорного сигналу; б) від блока відбитого сигналу. Запропонований канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями для комбінованої лазерної 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, оптико-електронний модуль 7, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів, приймальну оптику 8, фото детектори 9, широкосмуговий підсилювач 10, резонансні підсилювачі 11, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів 12, схему "і" 13, фільтр із заданою смугою пропускання 14, диференційований ланцюжок 15, випрямляч 16, тригер 17, детектор 18, диференційовану оптику 19, підсилювач 20, фільтр 21, лічильник 22 та електронну обчислювальну машину 23, блок з розширеними можливостями 24 із введенням б та б-введення сигналу від каналу вимірювання тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) ЛА. Робота запропонованого каналу вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями для комбінованої лазерної системи полягає у наступному. Із синхронізованого одномодового багаточастотного спектра випромінювання лазерапередавача (Лн) за допомогою МСПМ виділяються необхідні пари частот і окремі частоти для створення: - лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, за умови використання сигналу з подовжніх мод (несучих частот  n ); - рівносигнального напрямку на основі формування сумарної ДС лазерного випромінювання, завдяки 4 парціальним діаграмам спрямованості, 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. За допомогою МСПМ та блока з розширеними можливостями формується лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації шляхом створення лазерного випромінювання з двох несучих частот (n1 та n2 ) у вигляді двох променів з вертикальною (n1) та горизонтальною (n2 ) поляризацією (фіг. 3). При цьому випромінювання апертури першого і другого поляризаційних каналів в апертурній площині V0U рознесені на відомій відстані  q . Різність ходу пучків до картинної площині ЛА Х0У змінюється вдовж осі X від точки до точки. Обумовлена цим різниця 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 начальної і т.д. Період зміни вигляду поляризації визначається базою між випромінювачами  q та відстанню до картинної площини 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. Сигнал частот міжмодових биттів м ,2м,3м та 6м надходить на блок дефлекторів, що складається з 4-х п'єзоелектричних дефлекторів. Парціальні ДС лазерного випромінювання попарно зустрічно сканують БД 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 2 UA 95397 U 5 10 15 20 простору, оскільки здійснюється зустрічне сканування двома парами ДС лазерного випромінювання у кожній з двох ортогональних площин α і β (X і У), при цьому лазерний сигнал з просторовою модуляцією поляризації (на несучих частотах n1 та  n2 ) проходить 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 несучій частоті і різницевих частотах міжмодових биттів. Підсилені ШП, вони розподіляються: - в БРМ для обробки відбитого від поверхні ЛА лазерного сигналу з просторовою модуляцією поляризації, що зондує; по РП, які настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів . м в ід,2м в ід,3м в ід,6м в ід 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, яка відображається у ЕОМ. Тому у БРМ здійснюється поляризаційна обробка поля, що приймається. При цьому імпульсні сигнали радіочастоти, що надходять з РП 1 (РП м в ід ) формують сигнал про похилу дальність R до ЛА, а РП4 (РП 6м в ід ), РП 2 (РП 2м в ід ) і РП 3 (РП 3м в ід ) - сигнали для інших вимірювальних каналів КЛС. 25 30 35 40 Принцип роботи грубої шкали каналу вимірювання похилої дальності до ЛА (в структурі КЛС) полягає у наступному (Фіг. 4, 5). На боці, який передає. Виділена модифікованим селектором подовжніх мод зі спектру випромінювання лазера перша пара частот 54 розщеплюється під дією розщепітеля (призми) на два оптичні сигнали: 1) основний - сканований 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) додатковий (1) - перетворюваний ФТД в електричний імпульсний сигнал різницевої частоти міжмодового биття м , надходить на ФІ1, де відбувається виділення "пачок" імпульсів, прийнятих схемою "І". Отриманий від ФТД додатковий оптичний сигнал частоти  5,4 з "бланкуючими" імпульсами, перетворений в сигнал м , здобуває чіткі границі "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 боці, який приймає. Відбитий від ЛА основний сигнал частот  5,4 у сумі з груповим, минаючи ПРМО, перетворюється ФТД в електричний імпульсний сигнал м , підсилюється ШП та виділяється в РП, як сигнал міжмодової частоти м в ід і, проходячи через Дет, перетворюється точно також, 45 50 як і додатковий електричний сигнал (2) частоти м , 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 ЕОМ у вигляді числа, котре відповідає R. 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). Так як канал вимірювання похилої дальності до ЛА пропонується ввести до складу структури КЛС, то вмикання та вимикання перемикача відбувається одночасно для 2-ох пар частот  5,4 і  9,7 . 3 UA 95397 U 5 10 15 20 25 30 35 Апаратурні помилки виміру похилої дальності R до ЛА в запропонованому каналі - це помилки визначення початку і кінця відліку часового інтервалу, помилки за рахунок дискретності і 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) 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. Вимірювальна інформація про тангенціальну швидкість (кутові швидкості) ЛА від каналу кутових швидкостей використовується в БРМ, де завдяки додатковій обробці 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. Формування ДС лазерного випромінювання, створення РСН пов'язано із задоволенням жорстких вимог, що 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 № 60322, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів для ЛВС з розширеними можливостями. /О.В. Коломійцев, Г.В. Альошин, Д.Г. Васильєв та ін. - № u201101348; заяв. 07.02.2011; опубл. 10.06.2011; бюл. № 11. - 12 с. 2. Патент на корисну модель № 75282, Україна, МПК G01S 17/42, G01S 17/66. Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями для ЛВС полігонного випробувального комплексу. /О.В. Коломійцев, О.В. Батурін, Д.Г. Васильєв та ін. № u201206072; заяв. 21.05.2012; опубл. 26.11.2012; Бюл. № 22. - 1 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 40 45 50 Канал вимірювання похилої дальності до літальних апаратів з розширеними можливостями для комбінованої лазерної 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 биттів м і 2м , передавальну оптику, приймальну оптику, фотодетектори, широкосмуговий підсилювач, резонансні підсилювачі, настроєні на відповідні частоти міжмодових биттів, формувач імпульсів, схему I, фільтр із заданою смугою пропускання, диференційований ланцюжок, випрямляч, тригер, детектор, диференційовану оптику, підсилювач, фільтр, лічильник та електронну обчислювальну машину, блок з розширеними можливостями із введенням б та б - введення сигналу від каналу вимірювання тангенціальної швидкості (кутових швидкостей) літального апарата, який відрізняється тим, що додатково введено оптико-електронний модуль, який складений з телевізійного і інфрачервоного каналів. 4 UA 95397 U 5 UA 95397 U 6 UA 95397 U Комп’ютерна верстка О. Рябко 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