Лазерная система контроля и управления движением корабля

Лазерная система контроля и управления движением корабля относится к системам, использующим принципы лазерной активной локации. Сущность полезной модели заключается в том, что выполненное определенным образом устройство контроля и управления движением корабля, в совокупности отличительных признаков с остальными элементами заявленного устройства, обеспечивает возможность автоматического управления маневрами корабля, следования по заданному пути и непрерывного определения текущих координат, а также коррекции местоположения корабля, независимо от гидрометеорологических условий плавания, таких как ветер и сильное волнение. Достигаемым техническим результатом заявленной полезной модели является то, что с помощью предложенного устройства осуществляют эффективную стабилизацию лазерной системы контроля и управления движением корабля в диаметральной плоскости корабля и плоскости истинного горизонта и повышение направленности зондирующего сигнала лазерного излучения, а также выработку поправок курса и скорости к вектору движения корабля и их автоматическую трансляцию на авторулевой и в систему управления движением корабля. 1 н., 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к лазерной локационной технике, а точнее к оптико-электронным средствам для обнаружения, распознавания, определения местоположения и параметров движения объектов с помощью электромагнитных волн оптического диапазона и получения информации о них по отраженному оптическому излучению, а конкретно к лазерным системам, использующим принципы активной локации, и может быть использована для определения местоположения подводных и надводных объектов.

В оптико-электронной локации используют те же принципы, что и в радиолокации. Использование лазерного источника излучения (ЛИИ) в качестве источника зондирующего излучения обеспечивает большие, по сравнению с РЛС, точность определения угловых координат (менее 1') и разрешающую способность по дальности.

Известна оптическая локационная система (ОЛС) обзора пространства, слежения и измерения координат, наиболее близкая по технической сущности заявленной полезной модели и выбранная в качестве прототипа. ОЛС содержит оптический передающий блок (ОПБ), формирующий направленный зондирующий сигнал. В (ОПБ) выход схемы формирования опорного сигнала соединен с первым входом блока измерения дальности, расположенным в блоке обработки данных, с возможностью фиксирования в нем опорного сигнала.

А также в ОЛС включен оптический приемный блок, в котором отраженный оптический сигнал принимает приемная оптическая система и преобразует его с помощью узкополосного интерференционного светофильтра и фотодетектора в электрический сигнал, который затем с выхода усилителя параллельно поступает в блоки измерения дальности и измерения угловых координат соответственно, которые образуют блок обработки данных для определения дальности до измеряемого объекта и его угловых координат.

Кроме того, ОЛС содержит систему наведения и слежения, первый выход которой соединен со вторым входом передающей оптической системы, а ее второй выход соединен с входом приемной оптической системы, кроме того система наведения и слежения соединена прямой и обратной связью с блоком измерения угловых координат. (Принципы построения и области применения оптических локационных систем //Лазерные измерительные системы / под ред. Д.П. Лукьянова. - М.: Радио и связь, 1981. - С.73-83.)

Известная ОЛС обнаруживает объект и получает информацию о нем по отраженному оптическому излучению.

К недостаткам прототипа можно отнести: отсутствие возможности точной стабилизации ОЛС в диаметральной плоскости корабля и в плоскости истинного горизонта, что позволяет использовать прототип в благоприятных условиях (на тихой воде), однако существенно снижает направленность лазерного излучения в условиях ухудшения гидрометеорологических условий (сильный ветер и волнение).

Недостатки, присущие прототипу, устранены предлагаемой полезной моделью: «Лазерная система контроля и управления движением корабля», технической задачей которой является создание нового устройства для автоматического управления маневрами корабля, обеспечивающего следование по заданному пути, с учетом поправок курса и скорости к текущим координатам корабля по угловым координатам береговых отражающих объектов.

Реализация указанной технической задачи предлагаемой полезной моделью позволяет достичь следующего технического результата, являющегося суммой полученных технических эффектов:

- дополнительное включение в лазерную систему контроля и управления движением корабля бесплатформенной инерциальной навигационной системы обеспечивает стабилизацию в диаметральной плоскости корабля и плоскости истинного горизонта, что позволяет улучшить эксплуатационные показатели заявленного устройства путем увеличения возможностей его использования независимо от гидрометеорологических условий плавания, таких как: сильное волнение, дождь, а также время суток;

- дополнительное включение в лазерную систему контроля и управления движением корабля блока преобразования координат, блока коррекции и бесплатформенной инерциальной навигационной системы, с соответствующими электрическими связями между собой, позволяет выработать сигнал управления, содержащий поправки курса и скорости к вектору движения корабля; сигналы поправок поступают из блока коррекции на авторулевой и в систему управления движением корабля.

Для достижения указанного технического результата предложена "Лазерная система контроля и управления движением корабля", содержащая оптический передающий блок, оптический приемный блок и блок обработки данных. Оптический передающий блок использован для формирования направленного зондирующего сигнала. Для этого он включает в себя передающую оптическую систему, первый вход которой соединен с первым выходом лазерного источника излучения. Второй выход ЛИИ соединен с входом схемы формирования опорного сигнала, причем первый вход ЛИИ соединен с первым выходом блока питания, а второй вход ЛИИ соединен с выходом блока управления, вход которого соединен с выходом блока питания. Оптический приемный блок включает приемную оптическую систему, выход которой через узкополосный интерференционный светофильтр, а затем через фотодетектор соединен с входом усилителя. Выход усилителя соединен со вторым входом блока измерения дальности с возможностью передачи преобразованного отраженного сигнала для определения дальности до измеряемого объекта. Кроме того, выход усилителя параллельно соединен с первым входом блока измерения угловых координат с возможностью передачи преобразованного отраженного сигнала для определения угловых координат измеряемого объекта. Блок измерения дальности и блок измерения угловых координат образуют блок обработки данных, причем первый вход блока измерения дальности соединен с выходом схемы формирования опорного сигнала с возможностью фиксирования в нем опорного сигнала. Первый выход блока измерения дальности соединен с первым входом регистратора, а второй вход регистратора соединен с первым выходом блока измерения угловых координат. Кроме того, лазерная система контроля и управления движением корабля содержит систему наведения и слежения, первый выход которой соединен со вторым входом передающей оптической системы, а ее второй выход соединен с входом приемной оптической системы. Кроме того, система наведения и слежения соединена прямой и обратной связью с блоком измерения угловых координат.

Принципиальным отличием заявленного устройства от прототипа является то, что в лазерную систему контроля и управления движением корабля дополнительно включен блок преобразования координат (БПК), первый вход которого соединен со вторым выходом блока измерения дальности, а второй вход БПК соединен со вторым выходом блока измерения угловых координат. А также в лазерную систему контроля и управления движением корабля дополнительно включены бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), блок коррекции, авторулевой и система управления движителями. Причем первый выход БИНС соединен со вторым входом системы наведения и слежения, а второй выход БИНС соединен со вторым входом блока коррекции. При этом выход блока преобразования координат через первый вход блока коррекции, а затем через его же первый выход соединен с входом бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Второй выход блока коррекции соединен с входом авторулевого, а третий выход блока коррекции соединен с входом системы управления движителями.

Такое взаимное расположение конструктивных элементов и их взаимосвязь являются основой для создания нового устройства и обеспечивают автоматическое управления маневрами корабля для следования по заданному пути, с учетом поправок курса и скорости к текущим координатам корабля.

Сущность полезной модели «Лазерная система контроля и управления движением корабля» поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена ее функциональная схема.

Фиг.1. Функциональная схема

1. - Оптический передающий блок (ОПБ):

1.1 - передающая оптическая система (ПОС);

1.2 - лазерный источник излучения (ЛИИ);

1.3 - блок питания;

1.4 - схема формирования опорного сигнала (СФОС);

1.5 - блок управления;

2. - Оптический приемный блок:

2.1 - приемная оптическая система;

2.2 - узкополосный интерференционный светофильтр (УИСФ);

2.3 - фотодетектор;

2.4 - усилитель;

3. - Блок обработки данных (БОД):

3.1 - блок измерения дальности (БИД);

3.2 - блок измерения угловых координат (БИУК);

4. - система наведения и слежения (СНС);

5. - регистратор;

6. - блок преобразования координат (БПК);

7. - блок коррекции (БК);

8. - бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС);

9. - авторулевой;

10. - система управления движителями (СУД).

Все конструктивные узлы в блоках устройства соединены электрической связью.

Устройство работает следующим образом.

Лазерная система контроля и управления движением корабля расположена на сигнальном мостике корабля, с размещением остальных приборов на ходовом мостике корабля, как широко известно из практики установки подобных систем на кораблях и судах до даты приоритета.

Оптический передающий блок (1) содержит лазерный источник излучения (1.2), который формирует зондирующий сигнал. Блок управления (1.5) определяет форму этого сигнала. А оптическая передающая система (1.1) коллимирует сформированный пучок излучения для повышения его направленности

Приемная оптическая система (2.1) собирает отраженное от объекта излучение в оптическом приемном блоке (2) и с помощью узкополосного интерференционного светофильтра (2.2) и фотодетектора (2.3) преобразует его в электрический сигнал, который затем с выхода усилителя (2.4) параллельно поступает в блок измерения дальности (3.1) и блок измерения угловых координат (3.2) соответственно, образующие блок обработки данных (3).

Из схемы формирования опорного сигнала (1.4) в блок обработки данных поступает также и опорный сигнал. Принятый отраженный от объекта сигнал и опорный сигнал позволяют измерить дальность до объекта и угловые координаты объекта, которые в виде выходных данных поступают на регистратор (5).

Как видно из функциональной схемы предлагаемого устройства, показанной на фиг.1, из блока обработки данных (3), сигнал, содержащий измеренные угловые координаты объекта, поступает в блок преобразования координат (6). Указанный блок, путем решения геодезической задачи, преобразует сигнал, отображающий угловые координаты объекта в сигнал, отображающий географические координаты корабля-носителя. Далее преобразованный сигнал поступает в блок коррекции (7), где происходит сравнение и расчет разности географических координат (поправок), и в виде расчетного сигнала поступает в блок БИНС (8) - бесплатформенную инерциальную навигационную систему. БИНС известным образом вырабатывает текущие географические координаты корабля-носителя и рассчитывает его курс и скорость.

Сигнал, содержащий рассчитанные значения курса и скорости корабля-носителя, снова поступает в блок коррекции (7), который рассчитывает поправки к курсу и скорости, т.е. к вектору движения корабля-носителя. Далее выработанные поправки к вектору движения поступают в авторулевой (9) и в систему управления движением (10) корабля. Затем, после соответствующего преобразования, сигнал управления поступает на рулевое устройство и на главные двигатели соответственно.

БИНС (8) включена в лазерную систему контроля и управления движением корабля для ее стабилизации, которая происходит следующим образом.

Управляющие сигналы, которые вырабатывает и подает БИНС (8) на гироскопы платформы, стабилизируют платформу с оптическими приемным (2) и передающим (1) блоками в диаметральной плоскости и в плоскости истинного горизонта, и это обеспечит необходимую направленность зондирующего сигнала лазерного излучения.

Таким образом, заявленная полезная модель: «Лазерная система контроля и управления движением корабля», является новым устройством для автоматического управления маневрами корабля, обеспечивает следование по заданному пути и непрерывное определение текущих координат, а также коррекцию местоположения корабля.

Заявленное устройство обладает следующими достоинствами:

- стабилизация источника лазерного излучения в плоскости истинного горизонта и в диаметральной плоскости корабля;

- реализация алгоритма преобразования вектора движения корабля в сигнал управления на авторулевой и в систему управления движением корабля;

- возможность непрерывного определения текущих координат и коррекции местоположения корабля;

- автоматизация и усовершенствование существующих систем управления движением.

Заявленное устройство промышленно применимо, так как для его реализации используют широко распространенные компоненты и изделия радиотехнической и оптической промышленности, а также гироскопического и инерциального приборостроения.

1. Лазерная система контроля и управления движением корабля, содержащая оптический передающий блок, оптический приемный блок, блок обработки данных, при этом оптический передающий блок включает передающую оптическую систему, первый вход которой соединен с первым выходом лазерного источника излучения, второй выход которого соединен с входом схемы формирования опорного сигнала, причем его первый вход соединен с первым выходом блока питания, а второй вход соединен с выходом блока управления, вход которого соединен с выходом блока питания; оптический приемный блок включает приемную оптическую систему, выход которой через узкополосный интерференционный светофильтр, а затем через фотодетектор соединен с входом усилителя, выход которого параллельно соединен со вторым входом блока измерения дальности и с первым входом блока измерения угловых координат соответственно, образующих блок обработки данных, причем первый вход блока измерения дальности соединен с выходом схемы формирования опорного сигнала, а его первый выход соединен с первым входом регистратора, а второй вход регистратора соединен с первым выходом блока измерения угловых координат; кроме того, лазерная система контроля и управления движением корабля содержит систему наведения и слежения, первый выход которой соединен со вторым входом передающей оптической системы, а ее второй выход соединен с входом приемной оптической системы, кроме того, система наведения и слежения соединена прямой и обратной связью с блоком измерения угловых координат, отличающаяся тем, что в лазерную систему контроля и управления движением корабля дополнительно включены блок преобразования координат, первый вход которого соединен со вторым выходом блока измерения дальности, а второй вход - со вторым выходом блока измерения угловых координат, а также бесплатформенная инерциальная навигационная система, блок коррекции, авторулевой и система управления движителями, причем первый выход бесплатформенной инерциальной навигационной системы соединен со вторым входом системы наведения и слежения, а второй ее выход - со вторым входом блока коррекции, при этом выход блока преобразования координат через первый вход блока коррекции, а затем через его же первый выход соединен с входом бесплатформенной инерциальной навигационной системы, а второй выход блока коррекции соединен с входом авторулевого, а третий выход блока коррекции соединен с входом системы управления движителями.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что бесплатформенная инерциальная навигационная система включена в лазерную систему контроля и управления движением корабля, с возможностью стабилизации системы контроля и управления движением корабля в диаметральной плоскости корабля и в плоскости истинного горизонта.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптический передающий блок использован для формирования направленного зондирующего сигнала.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый вход блока измерения дальности соединен с выходом схемы формирования опорного сигнала с возможностью фиксирования в нем опорного сигнала.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход усилителя соединен со вторым входом блока измерения дальности с возможностью передачи преобразованного отраженного сигнала для определения дальности до измеряемого объекта.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход усилителя соединен с первым входом блока измерения угловых координат с возможностью передачи преобразованного отраженного сигнала для определения угловых координат измеряемого объекта.