CC BY
102
УДК 681.321
1Юрков Н.К., 2Полтавский А.В., 2Бородуля В.М., 2 Маклаков В.В.
Пензенский государственный университет
Институт проблем управления РАН
КОГЕРЕНТНЫЙ КОНТРОЛЬ КООРДИНАТ ОСНОВНЫХ МОДУЛЕЙ НЕЖЕСТКОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Аннотация. В статье предлагается актуальное техническое решение задачи избирательности и обнаружении малозаметных объектов в когерентных радиолокационных системах беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Областью применения предлагаемой модели когерентного контроля объектов являются радиолокационные системы повышенной пространственной избирательности в системах обнаружения и мониторинга пространства перспективных БЛА.
Ключевые слова: апертура антенны, радиолокационные системы, матрица приборы зарядовой свя-
зи, модуль.
Введение
В современных радиолокационных системах обнаружения различных объектов-целей и мониторинга окружающего пространства БЛА применяются пассивные и активные фазированные антенные решётки (ФАР), пространственная избирательность которых напрямую зависит от апертуры антенны БЛА. Однако, значительное увеличение геометрических размеров БЛА приводит к проблемам обеспечения жесткости конструкции системы и напрямую связана с линейными размерами ФАР, а начиная с некоторых геометрических размеров и к их физической невозможности исполнения. Возникает необходимость в поиске и разработке новых подходов для решения подобных технических задач [1-4].
Один из таких вариантов: допустить нежёсткость (колебания конструкции БЛА) механических
связей между модулями-узлами ФАР БЛА, при одновременной возможности контроля их текущих координат, в реальном времени.
Известно устройство определения координат по патенту № 2304760А, 20.08.2007.
Данное устройство включает в себя набор микролинз, через который проецируют изображение на поверхность объекта, при этом формируют на поверхности объекта массив точечных изображений. Поставленная техническая задача в данном случае решена путем создания способа определения координат, который включает в себя следующие основные операции:
- проецируют изображение на поверхность объекта через массив микролинз, при этом формируют на поверхности объекта массив изображений точечных источников (для каждого изображения точечного источника):
- регистрируют каждое точечное изображение матричным приемником излучения (ПИ) и преобразуют его в электрический сигнал,
- преобразуют электрический сигнал в дискретный,
- оцифровывают дискретный сигнал в нескольких точках и формируют огибающую принимаемого сигнала излучения;
- определяют положение и величину максимума огибающей сигнала;
- определяют значения производных сигнала в точках, где сигнал был оцифрован;
- формируют рассогласования относительно опорного сигнала в точках, где сигнал был оцифрован;
- обрабатывают рассогласования фильтром и определяют координаты изображения.
Техническим результатом в предлагаемой модели является повышение точности определения координат изображения точечного источника на поверхности объекта за счет аппроксимации полученного изображения поверхностью второго порядка, определения рассогласования изображений при двух различных рельефах поверхности объекта с последующим применением алгоритма обработки информации (фильтрации).
Недостатком рассмотренного выше технического предложения является недостаточно точное соответствие медианного значения положению объекта и необходимость уточнения медианного значения, в то же время, процедура вторичной дискретизации неоправданно увеличивает объем анализируемых данных.
Контроль модулей-узлов когерентной системы ФАР БЛА
Задачей предлагаемой настоящей полезной модели является расширение арсенала технических средств радиолокационного мониторинга пространства перспективного БЛА.
Техническим результатом предложенной модели устройства является возможность контроля координат модулей нежёсткой крупноапертурной антенной решётки в реальном времени, что позволяет создать систему управления фазами приёмо-передающих модулей, что в конечном счёте существенно повышает технические характеристики ФАР БЛА, в частности пространственную избирательность. Технический результат достигается тем, что предлагаемая модель устройства [5] контроля координат модулей нежесткой крупноапертурной антенной решетки БЛА содержит установленные последовательно по ходу луча лазерный дальномер (ЛД), поворотное зеркало, фокусирующую линзу, полупрозрачное зеркало, длиннофокусный объектив, оптический сканер и светоотражающие элементы с интегрированными светодиодами, размещенные на соответствующих модулях, при этом за полупрозрачным зеркалом установлен светофильтр и прибор с зарядовой связью (ПЗС-матрица).
На рис. 1 представлена общая схематизация контроля координат элементов.
На рис.2 - эволюция изображения светодиода на пиксельном поле матрицы ПЗС.
На рис. 3 - конструкция светоотражающего элемента и светодиода подсветки.
На рис. 4 - разрез А-А рис. 3.
На рис. 5 - схема расположения (16-21) модулей-узлов ФАР БЛА.
2 3
4
^ 0
Рис.2.
Созданная модель устройства когерентного контроля координат модулей-узлов нежесткой крупноапертурной антенной решетки ФАР БЛА содержит установленные последовательно по ходу луча лазерный дальномер 1, поворотное зеркало 2, фокусирующую линзу 3, полупрозрачное зеркало 6, длиннофокусный объектив 7, подвижное зеркало 8 и оптический сканер 9, контроллер 13. На каркасе 11 установлены приемно-передающие модули 12 на которые закреплены светоотражающие элементы и интегрированными в них светодиодами 10. За полупрозрачным зеркалом 4 размещены светофильтр 5 и ПЗС-матрица 4. Вся техническая система находится под управлением контроллера1 реализованного на базе стандартного РС [6].
Принцип работы модели в ФАР БЛА
Модель устройства работает следующим образом: на приёмо-передающих модулях антенной решётки, в их фазовых центрах, установлены светоотражательные элементы 10 (СОЭ) с интегрированными в них светодиодами подсветки 17. Излучение лазерного дальномера1, через поворотное зеркало 2 и линзу 3, фокусное расстояние которой сопряжено с фокусом объектива 7, полностью заполняет апертуру объектива. Распространяясь в угловом поле зрения объектива, лазерное излучение освещает некоторую область решётки, содержащую приёмо-передающие модули 12. Отражённый от решётки световой поток, в обратном ходе лучей, собирается анализатором принимаемого излучения на ПИ устройстве дальномера, на входе которого установлен амплитудный компаратор с порогом срабатывания согласованным с уровнем отражения от СОЭ. Измерение дальности производится с точностью до миллиметра.
Одновременно, освещённая область решётки проецируется объективом 7, через полупрозрачное зеркало 6 и светофильтр 5, на ПЗС-матрицу 4. Спектр излучения диодов подсветки не перекрывается со спектром излучения дальномера так, что на ПЗС-матрице 4 формируется контрастное изображение светодиодов, сопряжённых с фазовым центром модуля. Угловые перемещения модуля (колебания) приводят к смещению изображения 14 на пиксельном поле ПЗС-матрицы 15, что позволяет измерять их угловые координаты.
Измерение координат модулей всей решётки достигается последовательным сканированием поля зрения телеобъектива 7 по площади антенны ФАР БЛА с помощью оптического сканера. «Сшивание» кадров выполняться с точностью до пиксела и обеспечивается прецизионностью сканера. Начало системы координат связано с осью вращения зеркала сканера. Вся измерительная система когерентного контроля находится под управлением контроллера 13 выполненного на базе стандартного промышленного РС. Модель устройства обладает следующими преимуществами: бесконтактный способ из-
мерения координат модулей-узлов, высокое пространственное разрешение положения фазового центра модуля, а также автоматизация процесса измерений.
A
А - А
A
Рис.3. Рис.4.
Полезность предлагаемой модели заключается в том, что устройство контроля координат модулей нежесткой крупноапертурной антенной решетки БЛА характеризующееся тем, что оно содержит установленные последовательно по ходу луча лазерный дальномер, поворотное зеркало, фокусирующую линзу, полупрозрачное зеркало, длиннофокусный объектив, оптический сканер и светоотражающие элементы с интегрированными в них светодиодами размещенные на модулях антенной решетки, при этом за полупрозрачным зеркалом установлены светофильтр и ПЗС-матрица.
Заключение
Предлагаемая модель устройства контроля координат модулей нежесткой ФАР БЛА направлена на повышение пространственной избирательности радиолокационных систем обнаружения БЛА выполненных по технологии фазированных решёток ФАР. Впервые предложена модель нового объекта - устройства измерения координат элементов нежёсткой крупноапертурной решётки относительно базовой (опорной) точки для перспективных многофункциональных БЛА. Основу предлагаемой модели устройства составляет согласованная работа лазерного дальномера и ПЗС-матрицы установленные в оптическом тракте длиннофокусного объектива. Измеряемыми величинами являются - дальность и угловое положение светоотражающих элементов установленных на модулях-узлах ФАР [7].
Обзор всей поверхности антенны ФАР БЛА достигается последовательным сканированием поля зрения объектива прецизионным сканирующим устройством. Технический результат достигается тем, что модель предлагаемого устройства контроля координат модулей-узлов (16-21) нежесткой ФАР БЛА содержит установленные последовательно по ходу луча лазерный дальномер, поворотное зеркало, фокусирующую линзу, полупрозрачное зеркало, длиннофокусный объектив, оптический сканер и светоотражающие элементы с интегрированными в них светодиодами, при этом за полупрозрачным зеркалом установлены светофильтр и ПЗС-матрица.
ЛИТЕРАТУРА
1. Полтавский, А.В. Математическая модель информационно-ударного комплекса БЛА/ А.В. Полтавский// Боеприпасы. 2009. №1. С.70-76.
2. Полтавский, А.В. Модель измерительной системы в управлении БЛА/ А.В. Полтавский/// Информационно-измерительные и управляющие системы. 2009. №10. С.73-77.
3. Полтавский, А.В. Модель адаптивной системы управления БЛА/А.В. Полтавский// // Научный
вестник МГТУ ГА.2008. №130. С.167-171.
4. Патент РФ №2302030. Адаптивная система управления БЛА по крену и тангажу // А.В.Полтавский и др. 2007.
5. Патент РФ №85225. Устройство контроля модулей нежесткой конструкции ФАР
БЛА/А.В.Полтавский, В.В. Маклаков, В.М. Бородуля//Б.И., № 5, 2009.
6. Лапсаков,О.А. Боевые комплексы с БЛА/ О.А.Лапсаков, А.В.Полтавский, А.А.Бурба/ НММ ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского. С.3-156.
7. Юрков, Н.К. Влияние временного запаздывания при имитационном моделировании динамических систем/Данилов А.М., Гарькина И.А., Лапшин Э.В., Н.К. Юрков//Надежность и качество: Труды международного симпозиума: в 2-х ч. Ч II / Под ред. Н.К.Юркова - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004, с. 295-303.
