Преобразователь углового перемещения антенны радиолокационной станции

Полезная модель относится к автоматике и измерительной технике и может быть использована, например, в радиолокации и радионавигации, в частности, в устройствах преобразования информации об угловом перемещении антенны радиолокационных станций (РЛС) кругового обзора и радиопеленгаторов, представленной в виде двоичного кода азимута, в последовательность импульсов, количество которых равно приращению кода. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является возможность сопряжения систем, выходной информацией которых является цифровой двоичный код, с системами, для которых необходима входная информация об угловом перемещении антенны в виде последовательности импульсов, количество которых равно приращению кода. Преобразователь углового перемещения антенны радиолокационной станции содержит азимутальный датчик, выполненный как выполнен как датчик двоичного кода азимута антенны, ось которого механически соединена с валом антенны, делитель и сумматор, блок определения приращения кода, регистр хранения предыдущего значения кода, формирователь метки «Север» (МС), блок защиты от ошибок, регистр хранения остатка от деления и формирователь МАИМ, а также связи между соответствующими элементами. Кроме того, весь преобразователь, за исключением азимутального датчика двоичного кода, реализован на базе программируемого устройства. 4 илл.

Полезная модель относится к автоматике и измерительной технике и может быть использована, например, в радиолокации и радионавигации, в частности, в устройствах преобразования информации об угловом перемещении антенны радиолокационных станций (РЛС) кругового обзора и радиопеленгаторов, представленной в виде двоичного кода азимута, в последовательность импульсов, количество которых равно приращению кода.

Очевидный способ решения задачи преобразования двоичного кода в последовательность импульсов, количество которых равно приращению кода, в котором в качестве масштабных азимутальных импульсов (МАИ) используется один из разрядов (обычно младший) двоичного кода азимута (число меток за оборот равно (2^n-1), где n - используемый разряд кода), а метки «Север» (МС) формируются в момент, когда код азимута равен нулю, обладает достаточной простотой, но имеет следующие недостатки: большая погрешность формирования МАИ из-за «дрожания» младших разрядов двоичного кода азимута, которое происходит вследствие погрешностей и люфтов механической передачи между антенной и осью азимутального датчика двоичного кода, и воздействия на антенну ветровых нагрузок, кроме того, данный способ требует наличия на входе преобразователя всех значений двоичного кода, то есть период считывания кода должен быть меньше или равен периоду смены младшего разряда, что не всегда возможно (особенно в системах с большой скоростью вращения антенны и высокой разрешающей способностью датчика). Невыполнение этого условия приводит к пропуску МС из-за отсутствия возможности определения начала отсчета.

Известен преобразователь углового положения вала в последовательность импульсов [1]. Недостатком является тот факт, что данное устройство не решает задачи преобразования двоичного кода в последовательность импульсов, количество которых равно приращению кода.

Известно также устройство для преобразования углового перемещения антенны РЛС [2], состоящее из блока датчиков импульсов, формирователя сигналов азимутального двоичного кода, имитатора вращения антенны и формирователя стробов. Недостатками этого устройства являются решение обратной задачи - преобразования последовательности импульсов в двоичный код, невозможность использования данных об азимуте до тех пор, пока антенна не сделает полный оборот вокруг своей оси.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемой полезной модели по составу является преобразователь углового положения вала в последовательность импульсов [3], представленный на фигуре 1 и содержащий азимутальный датчик импульсов (1), измеритель скорости (2), генератор импульсов (3), делитель (4), блок управления (5), сумматор (6) и блок определения приращения скорости (7).

Недостаток прототипа тот же, что и у аналога [1].

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является возможность сопряжения систем, выходной информацией которых является цифровой двоичный код, с системами, для которых необходима входная информация об угловом перемещении антенны в виде последовательности импульсов, количество которых равно приращению кода.

Технический результат достигается тем, что в преобразователе, содержащем азимутальный датчик, ось которого механически соединена с валом антенны, делитель и сумматор, азимутальный датчик выполнен как датчик двоичного кода азимута антенны, кроме того, в преобразователь дополнительно введены блок определения приращения кода, регистр хранения предыдущего значения кода, формирователь метки «Север» (МС), блок защиты от ошибок, регистр хранения остатка от деления и формирователь МАИ. При этом на вход азимутального датчика двоичного кода поступает метка записи (МЗ), привязанная к тактам зондирования. Выход этого датчика соединен с первым входом блока определения приращения кода, с входом регистра хранения предыдущего значения кода и со вторым входом формирователя МС, причем выход регистра хранения предыдущего значения кода соединен со вторым входом блока определения приращения кода, выход которого соединен с первым входом формирователя МС и первым входом блока защиты от ошибок, второй вход которого соединен с выходом формирователя МС, а выход блока защиты от ошибок -с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом делителя, первый выход которого соединен с входом формирователя МАИ, а второй -через регистр хранения остатка от деления соединен со вторым входом сумматора. При этом выход формирователя МАИ и выход формирователя МС являются выходами преобразователя. Кроме того, весь преобразователь, за исключением азимутального датчика двоичного кода, реализован на базе программируемого устройства.

Дополнительным техническим результатом является улучшение таких технических характеристик, как надежность, а также масса и габариты.

На фигуре 2 представлена структурная схема предлагаемого устройства, где обозначено:

1 - азимутальный датчик двоичного кода;

4 - делитель;

6 - сумматор;

8 - блок определения приращения кода;

9 - регистр хранения предыдущего значения кода;

10 - формирователь метки «Север» (МС);

11 - блок защиты от ошибок;

12 - регистр хранения остатка от деления;

13 - формирователь масштабных азимутальных импульсов (МАИ);

14 - программируемое устройство.

Преобразователь углового перемещения антенны РЛС содержит азимутальный датчик двоичного кода I, делитель 4, сумматор 6, блок определения приращения кода 8, регистр хранения предыдущего значения кода 9, формирователь МС 10, блок защиты от ошибок 11, регистр хранения остатка от деления 12 и формирователь импульсов 13. При этом ось азимутального датчика двоичного кода 1 механически соединена с валом антенны, а сам датчик - с меткой записи (МЗ), привязанной к тактам зондирования. Выход азимутального датчика двоичного кода 1 соединен с первым входом блока определения приращения кода 8, с входом регистра хранения предыдущего значения кода 9 и со вторым входом формирователя МС 10, причем выход регистра хранения предыдущего значения кода 9 соединен со вторым входом блока определения приращения кода 8, выход которого соединен с первым входом формирователя МС 10 и первым входом блока защиты от ошибок 11, второй вход которого соединен с выходом формирователя МС 10, а выход блока 11 соединен с первым входом сумматора 6, выход которого соединен с входом делителя 4, первый выход которого соединен с входом формирователя МАИ 13, а второй - через регистр хранения остатка от деления 12 соединен со вторым входом сумматора 6. При этом выход формирователя МАИ 13 и выход формирователя МС 10 являются выходами преобразователя. Кроме того, весь преобразователь, за исключением азимутального датчика двоичного кода 1, реализован на базе программируемого устройства 14.

На фигуре 2 не показан блок управления, который осуществляет синхронизацию работы всех остальных блоков.

Делитель 4, сумматор 6 и регистр хранения остатка от деления 12 образуют схему деления.

В качестве азимутального датчика двоичного кода 1 может быть использован фотоэлектрический преобразователь угла, например, ПФ-ДЭ-14-50 [4] или вращающийся трансформатор (ВТ) с АЦП ВТ [5].

В качестве программируемого устройства 14 можно использовать, например, микроконтроллер серии 1886ВЕ, например, 1886ВЕ2У [6]. В этом случае регистр хранения предыдущего значения кода 9 и регистр хранения остатка от деления 12 являются регистрами (ячейками) внутреннего оперативно-запоминающего устройства микроконтроллера, а операции сложения (сумматор 6) и вычитания (блок определения приращения кода 8) производятся внутренним арифметическо-логическим устройством микроконтроллера.

Устройство работает следующим образом.

При вращении вала антенны на вход азимутального датчика двоичного кода 1 поступает сигнал МЗ. С выхода этого датчика двоичный код подается на первый вход блока определения приращения кода 8, на вход регистра хранения предыдущего значения кода 9 и на второй вход формирователя МС 10, необходимого для обозначения начала отсчета.

На второй вход блока определения приращения кода 8 с выхода регистра хранения предыдущего значения кода 9 подается код, считанный в предыдущем цикле работы устройства (по предыдущему сигналу МЗ). С выхода блока определения приращения кода 8 значение разности текущего и предыдущего кодов (приращение кода) подается на первый вход формирователя МС 10 и на первый вход блока защиты от ошибок 11, после этого значение кода в регистре хранения предыдущего значения кода 9 заменяется новым.

На основе информации о приращении кода, подаваемой на первый вход формирователя МС К), и информации о текущем значении кода, подаваемого на второй вход этого же блока, а также используя априорную информацию о максимальном периоде считывания кода (период сигнала МЗ) и о минимальном периоде смены младшего разряда кода, формирователь МС 10 формирует сигнал МС, который подается на второй вход блока защиты от ошибок 11 и на выход преобразователя.

Алгоритм, поясняющий работу формирователя МС 10, представлен на фигуре 3.

Данный алгоритм позволяет формировать МС, даже если на вход программируемого устройства 14 не попадает нулевое значение кода. Главным критерием формирования МС является отрицательное значение приращения кода (P<0), которое представляет собой разность текущего и предыдущего значения кода. Чтобы уменьшить вероятность формирования ложных МС, например, из-за вращения антенны против часовой стрелки или сбоев во входном коде, выбирается диапазон X изменения кода азимута вблизи «нуля» (0Xk), в котором производится поиск МС. При этом коэффициент k определяется неравенством:

ktТ(k+1)t или ,

где k - 0, 1, 2, 3;

Т - максимальный период считывания кода азимута;

t - период смены младшего разряда кода азимута, который вычисляется по формуле:

,

где - скорость вращения антенны, об/мин;

N - разрядность кода азимута.

Например, при 13-ти разрядном коде азимута и скорости вращения антенны 12 об/мин период смены младшего разряда кода азимута составляет ~0,61 мС. Если максимальный период считывания кода азимута равен 1 мС, то к=1 и схема выделения МС работает в диапазоне изменения кода азимута от 0 до 1 (в двоичной системе исчисления). Далее осуществляется выдача сигнала на формирование МС.

Блок защиты от ошибок 11 исключает формирование ложных МАИ, чем уменьшает погрешность преобразования, в случае вращения антенны против часовой стрелки или в случае скачкообразного изменения кода из-за сбоев во входном коде, например, во время включения устройства, когда в регистре хранения предыдущего значения кода 9 находится неопределенное значение кода, или из-за перехода кода через «ноль». Для определения момента перехода кода через «ноль» на второй вход блока защиты от ошибок 11 заведен сигнал МС.

Алгоритм, поясняющий принцип работы блока защиты от ошибок 11, приведен на фигуре 4.

Главный критерий отсутствия ложных МАИ состоит в выполнении условия, при котором приращение кода P, представляемое собой разность текущего и предыдущего значения кода, меньше или равно теоретически максимально возможному приращению т:

Рm,

где , рассчитываемое исходя из параметров системы.

Для различения ситуации скачкообразного изменения кода из-за вращения антенны против часовой стрелки или сбоев во входном коде от момента перехода кода через «ноль» (в обоих случаях P<0) анализируется наличие сигнала МС на втором входе блока защиты от ошибок 11. В случае P<0 и наличия сигнала МС (момент перехода кода через «ноль») значение Р, выдаваемое с выхода блока защиты от ошибок 11, пересчитывается следующим образом:

P=2^N+Р.

В случае P<0 и отсутствия сигнала МС с выхода блока защиты от ошибок 11 выдается нулевое значение кода.

Например, при 13-ти разрядном коде азимута (значения кода лежат в диапазоне 0÷8191) пусть предыдущее значение кода азимута равно 8189, а текущее значение ровно 2, тогда разность текущего и предыдущего значения кода P будет равна: P=-8187, следовательно, Р<0. Так как был переход через «ноль» и сформировалась МС, то =2¹³-8187=5. Затем с выхода блока защиты от ошибок 11 выдается значение Р.

Схема деления имеет следующее построение.

С выхода блока защиты от ошибок 11 информация о приращении кода поступает на первый вход сумматора 6, на второй вход которого поступает остаток от предыдущего деления с выхода регистра хранения остатка от деления 12. Сумматор 6 производит сложение приращения кода и остатка от предыдущего деления, после чего результат сложения с выхода сумматора 6 поступает на вход делителя 4, который производит деление этого результата на 2'. Остаток от деления поступает со второго выхода делителя 4 на вход регистра хранения остатка от деления 12 и сохраняется в нем. А частное, которое является количеством необходимых МАИ, с первого выхода делителя 4 подается на вход формирователя МАИ 13, который, в свою очередь, формирует пачку с необходимым числом импульсов, и выдает ее на выход преобразователя.

Количество необходимых МАИ за оборот антенны равно:

где i=0, 1, 2, 3;

2ⁱ - коэффициент деления.

Такое построение схемы деления позволяет уменьшить число формируемых МАИ в 2 раз и исключить накапливающуюся ошибку при преобразовании, которая могла бы возникнуть, если бы остаток от деления просто отбрасывался.

Реализация всего преобразователя, за исключением азимутального датчика двоичного кода 1, на базе программируемого устройства 14 позволила уменьшить массогабаритные характеристики и повысить надежность преобразователя.

Предлагаемый преобразователь обеспечивает работу при воздействии на антенну ветровых нагрузок.

Таким образом, введение в известный преобразователь, содержащий азимутальный датчик, делитель и сумматор, дополнительно блока определения приращения кода, регистра хранения предыдущего значения кода, формирователя метки «Север» (МС), блока защиты от ошибок, регистра хранения остатка от деления и формирователя МАИ с соответствующими связями, исполнение азимутального датчика в виде датчика двоичного кода азимута антенны, а также реализация всего преобразователя, за исключением азимутального датчика двоичного кода, на базе программируемого устройства, позволили осуществить сопряжение систем, выходной информацией которых является цифровой двоичный код, с системами, для которых необходима входная информация об угловом перемещении антенны в виде последовательности импульсов, количество которых равно приращению кода, одновременно с улучшением таких технических характеристик, как надежность, а также масса и габариты.

Источники информации:

1. «Преобразователь углового положения вала в последовательность импульсов», авторское свидетельство СССР 451113;

2. «Устройство для преобразования углового перемещения антенны радиолокационной станции», авторское свидетельство СССР 1840541;

3. «Преобразователь углового положения вала в последовательность импульсов», авторское свидетельство СССР 781863;

4. ;

5. ;

6. 886BE2(BEl).pdf.

Преобразователь углового перемещения антенны радиолокационной станции, содержащий азимутальный датчик, ось которого механически соединена с валом антенны, делитель и сумматор, отличающийся тем, что в нем азимутальный датчик выполнен как датчик двоичного кода азимута антенны, кроме того, в преобразователь дополнительно введены блок определения приращения кода, регистр хранения предыдущего значения кода, формирователь метки "Север" (МС), блок защиты от ошибок, регистр хранения остатка от деления и формирователь масштабных азимутальных импульсов (МАИ), при этом на вход азимутального датчика двоичного кода поступает метка записи (МЗ), привязанная к тактам зондирования, выход этого датчика соединен с первым входом блока определения приращения кода, с входом регистра хранения предыдущего значения кода и со вторым входом формирователя МС, причем выход регистра хранения предыдущего значения кода соединен со вторым входом блока определения приращения кода, выход которого соединен с первым входом формирователя МС и первым входом блока защиты от ошибок, второй вход которого соединен с выходом формирователя МС, а выход блока защиты от ошибок - с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом делителя, первый выход которого соединен с входом формирователя МАИ, а второй - через регистр хранения остатка от деления соединен со вторым входом сумматора, при этом выход формирователя МАИ и выход формирователя МС являются выходами преобразователя, кроме того, весь преобразователь, за исключением азимутального датчика двоичного кода, реализован на базе программируемого устройства.

РИСУНКИ