Полезная модель рф 70003

Полезная модель может быть использована в оптических и комбинированных системах промышленного назначения, навигационных системах, системах слежения за малоразмерными объектами, системах управления заходом на посадку и других системах аналогичного назначения. Следящая система содержит оптико-электронный пеленгатор и локационный пеленгатор, первое и второе устройства формирования координат наведения, формирователь логики режимов, управляющую часть, исполнительный блок, первый и второй коммутаторы, первый и второй ключи, первый и второй блоки оценки дисперсии, блок сравнения и инвертор. Достигаемый технический результат - повышение точности определения координат объекта в условиях воздействия нестационарных интенсивных помех в различных диапазонах излучения за счет текущего расчета оценок дисперсий измерений координат оптико-электронного и локационного пеленгаторов, их сравнения и своевременного переключения выхода следящей системы на тот пеленгатор, в диапазоне работы которого помеха отсутствует или оказывает меньшее влияние на точность измерения координат объекта. 5 ил.

Полезная система относится к области систем слежения за подвижными объектами, в том числе с подвижного основания, и может быть использована в оптических и комбинированных системах промышленного назначения, навигационных системах, системах слежения за малоразмерными объектами, системах управления заходом на посадку и других системах аналогичного назначения.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению является следящая система по патенту [1], выбранная в качестве прототипа. Устройство-прототип содержит механически соединенные оптико-электронный пеленгатор и локационный пеленгатор, первое и второе устройства формирования координат наведения, входы которых соединены с первыми выходами оптико-электронного и локационного пеленгаторов соответственно, последовательно соединенные формирователь логики режимов, управляющую часть и исполнительный блок, первым выходом кинематически связанный с пеленгаторами, а также первый коммутатор, вход управления которого соединен с выходом формирователя логики режимов, второй вход управляющей части через первую группу контактов первого коммутатора подключен к первому выходу первого либо второго устройства формирования координат наведения, третий ее вход через вторую группу контактов первого коммутатора подключен к одному из вторых выходов тех же устройств, четвертый и пятый ее входы соединены соответственно со вторым и третьим выходами исполнительного блока.

В устройстве-прототипе предусмотрены меры для плавной отработки скачкообразных ошибок наведения в случае перехода от сопровождения по

данным локационного пеленгатора на сопровождение по данным оптико-электронного пеленгатора и обратно.

Недостатком устройства-прототипа является возрастание угловых ошибок сопровождения подвижных объектов в условиях нестационарных интенсивных помех. Переход от сопровождения объекта наблюдения по данным оптико-электронного пеленгатора на сопровождение по данным локационного пеленгатора осуществляется лишь в случае полного срыва сопровождения оптико-электронным пеленгатором и отсутствия сигнала на его первом выходе. Между тем, при воздействии на входы пеленгаторов организованных помех маскирующего и имитирующего типов, а также в случае сопровождения отдельных фрагментов протяженных целей, как показано в [2], наблюдается существенный рост ошибок определения угловых координат объекта сопровождения без срыва сопровождения. В таких условиях точность слежения за целью тем пеленгатором, в рабочем диапазоне которого воздействует интенсивная нестационарная помеха, заметно снижается, что, однако, не приводит к переключению на сопровождение цели по данным другого координатора, в рабочем диапазоне которого такая помеха отсутствует и точность сопровождения объекта выше.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании двухканальной следящей системы, реализующей оценку текущей точности измерений координат объекта локационного и оптико-электронного пеленгаторов, и обеспечивающей своевременный переход от сопровождения объекта по данным того пеленгатора, в диапазоне которого выявлено существенное воздействие помехи, к сопровождению по данным другого пеленгатора, в локационном диапазоне которого помеха отсутствует или оказывает меньшее влияние на точность измерения координат объекта.

Технический результат - повышение точности определения координат объекта следящей системой в условиях воздействия нестационарных интенсивных помех в различных диапазонах излучения.

Указанный результат достигается за счет того, что в следящую систему, содержащую механически соединенные оптико-электронный пеленгатор и локационный пеленгатор, первое и второе устройства формирования координат наведения, входы которых соединены с первыми выходами оптико-электронного и локационного пеленгаторов соответственно, последовательно соединенные формирователь логики режимов, управляющую часть и исполнительный блок, первым выходом кинематически связанный с пеленгаторами, а также первый коммутатор, вход управления которого соединен с выходом формирователя логики режимов, второй вход управляющей части через первую группу контактов первого коммутатора подключен к первому выходу первого либо второго устройства формирования координат наведения, третий ее вход через вторую группу контактов первого коммутатора подключен к одному из вторых выходов тех же устройств, четвертый и пятый ее входы соединены соответственно со вторым и третьим выходами исполнительного блока, в отличие от прототипа, введены второй коммутатор, выход которого является выходом системы и через группу контактов подключен к первому выходу оптико-электронного либо локационного пеленгаторов, первый и второй ключи, первые входы которых соединены со вторыми выходами оптико-электронного и локационного пеленгаторов соответственно, а выходы подключены ко второму и третьему входам формирователя логики режимов соответственно, последовательно соединенные первый блок оценки дисперсии, блок сравнения и инвертор, выход которого соединен со вторым входом первого ключа, а вход соединен со вторым входом второго ключа и управляющим входом второго коммутатора, второй блок оценки дисперсии, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, входы первого и второго блоков оценки дисперсий соединены с первыми выходами оптико-электронного и локационного пеленгаторов соответственно.

Все используемые для реализации заявляемой следящей системы блоки являются известными либо могут быть реализованы на базе известных

блоков известными методами. Локационный и оптико-электронный пеленгаторы, устройства формирования координат наведения, управляющая часть, формирователь логики режимов и исполнительный блок могут быть выполнены как в прототипе [1]. Коммутаторы и ключи реализуются на реле, герконах, полупроводниковых схемах. Инвертор, блоки сравнения и оценки дисперсии могут быть реализованы на базе логических микросхем или цифровых вычислительных устройств [3].

Для пояснения устройства и работы следящей системы приводятся иллюстрации: на фиг.1 изображена функциональная схема следящей системы (для одного канала слежения, функциональная схема второго канала аналогична), где:

1 - оптико-электронный пеленгатор (ОЭПл);

2 - локационный пеленгатор (ЛПл);

3 - первое устройство формирования координат наведения (УФКН);

4 - второе устройство формирования координат наведения (УФКН);

5 - формирователь логики режимов (ФЛР);

6 - управляющая часть (УЧ):

7 - исполнительный блок (ИБ);

8 - первый коммутатор (Ком);

9 - второй коммутатор (Ком);

10 - первый ключ (Кл);

11 - второй ключ (Кл);

12 - первый блок оценки дисперсии (БОД);

13 - блок сравнения;

14 - инвертор (Инв);

15 - второй блок оценки дисперсии (БОД).

На фиг.2 представлены примеры временных эпюр ошибок пеленгации, поясняющие динамику изменения ошибок измерения каждого пеленгатора и выхода следящей системы; на фиг.3-зависимости дисперсии ошибок пеленгации от времени, поясняющие достигаемый выигрыш в

точности слежения; на фиг.4 - примеры временных эпюр сигналов управления, поясняющие логику работы элементов схемы; на фиг.5 приведен алгоритм и переходная характеристика блока сравнения, поясняющие логику его работы.

Следящая система (фиг.1) содержит механически соединенные оптико-электронный пеленгатор (ОЭПл) 1 и локационный пеленгатор (ЛПл) 2, первые входы пеленгаторов являются первым и вторым внешними входами системы, первое 3 и второе 4 устройства формирования координат наведения (УФКН), входы которых соединены с первыми выходами оптико-электронного 1 и локационного 2 пеленгаторов соответственно, последовательно соединенные формирователь логики режимов (ФЛР) 5, управляющую часть (УЧ) 6 и исполнительный блок (ИБ) 7, первым выходом кинематически связанный с пеленгаторами, а также первый коммутатор (Ком) 8, вход управления которого соединен с выходом формирователя логики режимов 5. Второй вход управляющей части 6 через первую группу контактов первого коммутатора 8 подключен к первому выходу первого 3 либо второго 4 устройства формирования координат наведения. Третий вход управляющей части 6 через вторую группу контактов первого коммутатора 8 подключен к одному из вторых выходов тех же устройств 3,4. Четвертый и пятый входы управляющей части 6 соединены соответственно со вторым и третьим выходами исполнительного блока 7. Первый вход формирователя логики режимов 5 является третьим внешним входом системы

В отличие от прототипа, в предлагаемую следящую систему введены второй коммутатор (Ком) 9, выход которого является выходом системы и через группу контактов подключен к первому выходу оптико-электронного 1 либо локационного 2 пеленгатора, первый 10 и второй 11 ключи (Кл), первые входы которых соединены со вторыми выходами оптико-электронного 1 и локационного 2 пеленгаторов соответственно, а выходы ключей 10, 11 подключены ко второму и третьему входам формирователя логики режимов 5 соответственно, последовательно соединенные первый блок оценки

дисперсии (БОД) 12, блок сравнения 13 и инвертор (Инв.) 14, выход которого соединен со вторым входом первого ключа 10, а вход соединен со вторым входом второго ключа 11 и управляющим входом второго коммутатора 9, второй блок оценки дисперсии (БОД) 15, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения 13. Входы первого 12 и второго 15 блоков оценки дисперсий соединены с первыми выходами оптико-электронного и локационного пеленгаторов соответственно. Положение контактов в первом коммутаторе 8, при котором второй и третий входы управляющей части 6 отключены от обоих УФКН 3 и 4, соответствует режиму предварительного разворота по целеуказаниям от внешней системы аналогично прототипу.

При описании работы предлагаемой следящей системы предполагается, что передача однородных массивов данных (элементов видеосигнала, релейных команд, наборов координат) осуществляется по каналам связи (шинам), использующим, например, временное, частотное, кодовое разделение сигналов, т.е. того или иного рода мультиплексирование. Кроме того, поскольку устройство, обеспечивающее синхронизацию работы системы слежения, может находиться как в любом из блоков системы, так и быть конструктивно выделенным, этот аспект работы в дальнейшем не рассматривается и подразумевается, что работа блоков синхронизирована. Следует также отметить, что входы и выходы блоков показаны как функциональные, физически же их реализация может иметь от одного (и более) входа-выхода, например, соединенного с общей шиной данных или многоабонентским мультиплексным каналом обмена, или локальной сетью, объединяющей блоки. Информация, необходимая для работы данного канала, поступает на ее блоки из внешней системы и из второго канала.

Работа следящей системы осуществляется следующим образом (рассмотрим работу канала по одной угловой координате, работа второго канала аналогична).

Пусть в начальный момент времени управление сервоприводом (управляющая часть 6 и исполнительный блок 7) осуществляется по

информации локационного пеленгатора 2. ЛПл 2 имеет, как правило, диаграмму направленности, более широкую, чем поле зрения ОЭПл 1, а также большую дальность действия.

Как показано на фиг.2,а, на выходе ЛПл 2 присутствуют некоторые ошибки пеленга, характеризуемые соответствующей оценкой дисперсии на выходе второго блока оценки дисперсии 15 (фиг.3,а). На выходе ОЭПл 1 в начальный момент времени (до 15 секунды на фиг.2,б и на фиг.3,б) сигнал отсутствует, а затем, при его появлении, имеет достаточно большие ошибки пеленга. Оценка дисперсии с выхода первого БОД 12 при этом превосходит оценку дисперсии с выхода БОД 15, хотя и монотонно снижается. На этом временном интервале на выход следящей системы с выхода второго коммутатора 9 поступает сигнал пеленга с выхода ЛПл 2, дисперсия которого соответствует оценке дисперсии с выхода БОД 15 (фиг.2,в, фиг.3,в). При этом блок сравнения 13 по результатам сравнения оценок двух дисперсий с выходов БОД 12 и БОД 15 вырабатывает сигнал управления положительной полярности (фиг.4,а).

Признак наличия сопровождения со второго выхода локационного пеленгатора 2 через открытый второй ключ 11 поступает на третий вход формирователя логики режимов 5. Второй ключ 11 открыт под воздействием управляющего сигнала с выхода блока сравнения 13 (фиг.4,в). Этот же управляющий сигнал, поступая на управляющий вход второго коммутатора 9, через группу контактов подключает к выходу системы слежения первый выход ЛПл 2, с которого результаты измерения угловой координаты объекта выдаются во внешнюю систему, и отключает от выхода системы первый выход ОЭПл 1. При этом первый ключ 10 закрыт тем же управляющим сигналом с выхода блока сравнения 13 (фиг.4,б), инвертированным в инверторе 14, и сигнал сопровождения со второго выхода ОЭПл 1 на второй вход ФЛР 5 не поступает.

Формирователь логики режимов 5 выдает со своего выхода команду управления на первый (управляющий) вход первого коммутатора 8 и на

первый вход УЧ 6. При этом первый выход первого коммутатора 8 подключен через его первую группу контактов к первому выходу второго устройства формирования координат наведения 4, второй выход первого коммутатора 8 подключен через вторую группу контактов ко второму выходу второго УФКН 4. Выходы первого УФКН 3 остаются, соответственно, отключенными. При этом первый и второй выходы первого коммутатора 8 соединены, соответственно, со вторым и третьим входами управляющей части 6.

Первое и второе УФКН 3 и 4 предназначены для выработки изменяющегося значения рассогласования положения цели и оптической оси ОЭПл 1, или положения цели и равносигнального направления диаграммы направленности ЛПл 2. При этом на первый выход каждого УФКН поступает значение угловой координаты, на второй выход - значение ее производной.

Реализация устройств формирования координат наведения позволяет выдавать значения координат и их производных в системе координат, необходимой для функционирования УЧ 6. Первый и второй устройства формирования координат наведения УФКН 3 и 4 могут быть выполнены как в прототипе [1]. В управляющей части 6 формируется сигнал управления исполнительным блоком 7 сервопривода. Управляющая часть может быть выполнена как в прототипе. Важной особенностью управляющей части 6, определившей выбор прототипа, является возможность формирования плавного сигнала управления на его выходе, несмотря на скачкообразные изменения значений координат наведения и их производных с выходов УФКН в ходе переключения с сопровождения объекта по данным ЛПл 2 на сопровождение по данным ОЭПл 1 и обратно.

Исполнительный блок 7 может быть выполнен как в прототипе [1]. Второй выход ИБ 7, подключенный к четвертому входу управляющей части 6. является выходом датчика угла поворота вала сервопривода (первый выход ИБ 7), кинематически связанного с пеленгаторами. Третий выход ИБ 7. подключенный к пятому входу управляющей части 6, является выходом

тахогенератора для замыкания обратной связи по скорости вращения вала сервопривода. В соответствии с сигналом управления, ИБ 7 разворачивает вал сервопривода таким образом, чтобы осуществлялся непрерывный процесс слежения за целью локационным пеленгатором 2, и реализовались требуемые параметры переходных процессов управления.

В процессе сопровождения значения сигналов углового рассогласования с выхода ЛПл 2 поступают во второй блок оценки дисперсии 15. В нем осуществляется вычисление текущей дисперсии методом «скользящего окна», изложенным, например, в [4], или любым другим приемлемым методом.

Особенностью блоков 12 и 15 является то, что при длительном отсутствии выходного сигнала соответствующего пеленгатора, что соответствует срыву сопровождения, выходное значение оценки дисперсии программно задается неким максимально большим числом, определяемым в случае цифровой реализации схемы разрядностью выходного регистра блоков 12 и 15. Для сохранения логики работы блока сравнения 13 все разряды выходного регистра в этом случае заполняются единицами. В случае аналогового варианта реализации схемы величина выходного сигнала с инверсного выхода выходного усилителя выставляется максимальной, определяемой типом применяемой элементной базы.

Таким образом, для рассматриваемого момента времени (до 20 с), на выходе первого блока оценки дисперсии 12, подключенного к первому выходу ОЭПл 1, формируется сначала максимально большое число, а затем, после захвата цели ОЭПл 1, оценка дисперсии ошибок пеленга (фиг.4,б). На выходе второго БОД 15, подключенного к первому выходу ЛПл 2, формируется текущее значение оценки дисперсии измерений угловой координаты локационным пеленгатором. Оба значения с выходов первого и второго БОД 12 и 15 поступают на первый и второй входы блока сравнения 13.

Блок сравнения 13 реализует операцию масштабирования полученных значений путем умножения одного из них на масштабирующий коэффициент - К, и операцию сравнения результатов в соответствии с алгоритмом работы, представленным на фиг.5. Операция масштабирования необходима для возможности настройки момента перехода с сопровождения по данным ЛПл на сопровождение по данным ОЭПл и обратно. Операции масштабирования и сравнения могут быть реализованы на устройствах, приведенных, например, в [3]. На фиг.5,а приведен вариант реализации, когда масштабированию подвергается оценка дисперсии с выхода БОД 12, т.е. дисперсии ошибок пеленга ОЭПл, обозначенной буквой «А», дисперсии ошибок пеленга ЛПл, соответственно, обозначены буквой «Б». Чтобы избежать многократных переключении в области, когда значения дисперсий ошибок на выходах ОЭПл 1 и ЛПл 2 близки, алгоритм реализует логику работы блока сравнения 13 подобно характеристике «реле с зоной нечувствительности» (фиг.5,б).

По результатам сравнения на выходе блока 13 вырабатывается сигнал управления вторым коммутатором 9 и первым и вторым ключами 10 и 11. Пока масштабированное значение дисперсии с выхода первого БОД 12 будет превосходить аналогичное значение с выхода второго БОД 15, выходной сигнал будет иметь уровень логической единицы, поддерживая состояние ключей и второго коммутатора таким, как оно описано выше.

По мере приближения к цели, когда сигнал, принимаемый от нее в оптическом диапазоне ОЭПл 1, становится больше уровня фонового излучения, на выходе ОЭПл 1 начинают формироваться сигналы углового рассогласования между положением цели и оптической оси пеленгатора (фиг.2,б), поступающие на вход первого БОД 12 и на вход первого УФКН 3, выходы которого пока отключены первым коммутатором. При этом на втором выходе ОЭПл, как это описано в прототипе, формируется сигнал сопровождения, поступающий на первый вход первого ключа 10, который пока закрыт.

В зависимости от помеховой обстановки и вида сопровождаемого объекта, в момент времени 20 с масштабируемая оценка дисперсии на выходе ОЭПл 1, формируемая в блоке 12, станет меньше соответствующей оценки локационного пеленгатора, формируемой в блоке 15 (фиг.3,а и 3,б). При этом сигнал на выходе блока сравнения 13 станет равным - 1 (фиг.4). Второй коммутатор 9 при этом отключит выход системы слежения от выхода ЛПл 2, и подключит его к выходу ОЭПл 1 (фиг.2,в, 20 с). Второй ключ 11 закроется, а первый ключ 10, под действием инвертированного логического нуля, наоборот, откроется. При этом на третьем входе ФЛР 5 пропадет сигнал сопровождения, а на втором входе - появится.

Блок ФЛР 5 вырабатывает сигнал управления первым коммутатором 8 и выдает информацию о переключении с локационного на оптико-электронный пеленгатор в управляющую часть 6.

Коммутатор 8 переключает второй и третий входы УЧ 6 на первый и второй выходы первого УФКН 3 соответственно. УФКН 3 формирует координату наведения и ее производную в соответствии с требованиями к наведению ОЭПл, а УЧ 6 реализует плавный переход, сглаживая разрыв в значениях координат, неизбежно образующийся при переключении. Выходом следящей системы с этого момента времени является выход ОЭПл.

В результате своевременного переключения на тот пеленгатор, который выдает ошибки пеленга с меньшей дисперсией, выходные данные следящей системы по всей реализации имеют меньшую дисперсию, нежели дисперсия ошибок одного, отдельно взятого пеленгатора (фиг.3).

В дальнейшем, если в оптическом диапазоне возникнут интенсивные помехи естественного (например, засветки Солнцем) или искусственного происхождения (отстрел ловушек, выставление дымовых завес), дисперсия измерений на выходе ОЭПл возрастет, и произойдет обратное переключение на сопровождение объекта по данным локационного пеленгатора, который в этот момент может оказаться не подавленным помехами. Устройства

формирования координат наведения 3 и 4 и управляющая часть 6 реализуют это переключение с требуемым качеством переходного процесса.

Таким образом, в предлагаемой следящей системе повышение точности определения координат объекта в условиях воздействия нестационарных интенсивных помех в различных диапазонах излучения достигается за счет текущего расчета оценок дисперсий измерений координат оптико-электронного и локационного пеленгаторов, их сравнения и своевременного переключения выхода следящей системы на тот пеленгатор, в диапазоне работы которого помеха отсутствует или оказывает меньшее влияние на точность измерения координат объекта. При этом качество переходного процесса в ходе неоднократных переключении в следящей системе обеспечивается, как и в конструкции прототипа.

Источники информации

1. Патент РФ №2252435, МПК G01S 13/66, 2003 г. - прототип.

2. Островитянов Р.В., Басалов Ф.А. Статистическая теория радиолокации протяженных целей. - М.: Радио и связь, 1982 г. - 232 с.

3. Стешенко В.Б. ПЛИС фирмы «Альтера»: элементная база, системы проектирования и языки описания аппаратуры. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2002. - 576 с.

4. Абчук В.А., Матвейчук Ф.А., Томашевский Л.П. Справочник по исследованию операций. - М.: Воениздат, 1979 г. - 368 с.

Следящая система, содержащая механически соединенные оптико-электронный пеленгатор и локационный пеленгатор, первое и второе устройства формирования координат наведения, входы которых соединены с первыми выходами оптико-электронного и локационного пеленгаторов соответственно, последовательно соединенные формирователь логики режимов, управляющую часть и исполнительный блок, первым выходом кинематически связанный с пеленгаторами, а также первый коммутатор, вход управления которого соединен с выходом формирователя логики режимов, второй вход управляющей части через первую группу контактов первого коммутатора подключен к первому выходу первого либо второго устройства формирования координат наведения, третий ее вход через вторую группу контактов первого коммутатора подключен к одному из вторых выходов тех же устройств, четвертый и пятый ее входы соединены соответственно со вторым и третьим выходами исполнительного блока, отличающаяся тем, что в нее введены второй коммутатор, выход которого является выходом системы и через группу контактов подключен к первому выходу оптико-электронного либо локационного пеленгатора, первый и второй ключи, первые входы которых соединены со вторыми выходами оптико-электронного и локационного пеленгаторов соответственно, а выходы подключены ко второму и третьему входам формирователя логики режимов соответственно, последовательно соединенные первый блок оценки дисперсии, блок сравнения и инвертор, выход которого соединен со вторым входом первого ключа, а вход соединен со вторым входом второго ключа и управляющим входом второго коммутатора, второй блок оценки дисперсии, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, входы первого и второго блоков оценки дисперсий соединены с первыми выходами оптико-электронного и локационного пеленгаторов соответственно.