научная статья по теме КОНТРОЛЬ КООРДИНАТ МОДУЛЕЙ НЕЖЕСТКОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ Энергетика

Текст научной статьи на тему «КОНТРОЛЬ КООРДИНАТ МОДУЛЕЙ НЕЖЕСТКОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ»

УДК 629.7.058.54

КОНТРОЛЬ КООРДИНАТ МОДУЛЕЙ НЕЖЕСТКОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ

А. В. Полтавский, В. В. Маклаков, В. М. Бородуля, А. Н. Полохов, А. С. Мошников

Предложен когерентный метод для реализации устройства контроля состояния модулей-узлов фазированной антенной решетки. Областью применения когерентного метода являются радиолокационные системы повышенной пространственной избирательности в системах обнаружения малозаметных объектов и мониторинга окружающего пространства перспективных многофункциональных беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Рассмотрено устройство для селективного обнаружения малозаметных объектов в радиолокационных системах бортового комплекса управления БЛА.

Ключевые слова: антенна, радиолокационная система, фазированная антенная решетка.

ВВЕДЕНИЕ

В современных радиолокационных системах объектов в процессе мониторинга окружающего пространства беспилотным летательным аппаратом (БЛА) применяются пассивные и активные фазированные антенные решетки (ФАР), пространственная селективность которых в большой степени зависит от апертуры антенны БЛА [1, 2]. Однако, значительное увеличение геометрических размеров БЛА приводит к проблемам обеспечения жесткости конструкции системы и связано с линейными размерами ФАР, а, начиная с некоторых ограничений геометрических размеров, и к физической невозможности их реализации. Возникает необходимость в поиске и разработке новых подходов для решения подобных технических задач [3].

Один из вариантов решения данной задачи — допустить нежесткость (колебания конструкции БЛА) механических связей между модулями-узлами ФАР БЛА при одновременной возможности контроля их текущих координат в реальном времени.

В известном методе определения координат [4] применяется оптическая система, через которую проецируют изображение на поверхность объекта, формируя при этом на поверхности объекта массив точечных изображений. Задача решается путем технической реализации метода, включающего в себя следующие основные операции:

— создание проекции изображения на поверхности светочувствительного объекта через массив микролинз, формируя при этом на поверхности объекта массив изображений точечных источников (для каждого источника отдельное изображение);

— регистрацию точечного изображения специальным матричным приемником излучения с его преобразованием в нормированный электрический сигнал стандартного уровня;

— обработку электрического сигнала с помощью аналого-цифрового преобразователя, формирование огибающей принимаемого сигнала излучения;

— определение положения и величины максимума огибающей сигнала посредством соответствующего алгоритма (программы) и вычислительного устройства (блока контроллера);

— определение положения и значений производных сигнала в точках, где сигнал был оцифрован в контроллере по соответствующему алгоритму;

— формирование рассогласования относительно опорного сигнала в точках, где сигнал был оцифрован;

— обработку рассогласования цифровым фильтром и определение координаты изображения, которое будет отражено.

Предлагаемые метод и устройство контроля направлены на повышение точности определения координат изображения точечного источника на поверхности ПЗС-матрицы. При этом из полученного изображения формируется набор данных, которых достаточно для того, чтобы построить модель поверхности второго порядка уклонения элементов ФАР от плоскости.

ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ И ПРИНЦИПОВ ЕГО РАБОТЫ

Предлагаемый метод контроля и его техническая реализация в виде модели устройства дают возможность осуществления пространственного контроля координат модулей нежесткой крупно-апертурной антенной решетки в реальном времени. Это позволяет создать систему управления фазами приемо-передающих модулей-узлов, что, в конечном счете, существенно повышает технические характеристики ФАР БЛА [3], в частности, пространственную избирательность.

52

вепвогв & Эувгетв • № 11.2011

Рис. 1. Модель устройства для контроля координат элементов ФАР

Разработанная модель (рис. 1) и макет устройства для 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 которых закреплены светоотражающие элементы (СОЭ) 10 с интегрированными в них светодиодами. За полупрозрачным зеркалом 6 размещены светофильтр 5 и ПЗС-матрица 4. Вся техническая система находится под управлением контроллера 13, реализованного на базе стандартного персонального компьютера (ПК).

Рассмотрим принцип работы устройства. На излучающих модулях антенной решетки, в их фазовых центрах, установлены светоотражательные элементы 10. Излучение лазерного дальномера 1 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 решетки, содержащую приемо-передающие модули 12. Отраженный от решетки световой поток в обратном ходе лучей собирается анализатором принимаемого излучения на приемник, на входе которого установлен амплитудный компаратор с порогом срабатывания, согласованным с уровнем отражения от СОЭ. Измерение дальности производится с точностью до одного миллиметра. Одновременно освещенная область решетки проецируется объективом 7 через полупрозрачное

зеркало 6 и светофильтр 5 на ПЗС-матрицу 4. Спектр излучения диодов подсветки не совпадает со спектром излучения дальномера, таким образом на ПЗС-матрице 4 формируется контрастное изображение светодиодов, сопряженных с фазовым центром модуля.

На рис. 2 представлена эволюция изображения светодиода на пиксельном поле ПЗС-матри-цы. Угловые перемещения модуля (колебания) приводят к смещению изображения 2, что позволяет измерять их угловые координаты.

Измерение координат модулей-узлов всей решетки достигается последовательным сканированием длиннофокусным объективом 7 (см. рис. 1) площади антенны ФАР БЛА с помощью оптического сканера. Начало системы координат связано с осью вращения зеркала сканера. Измерительное устройство управляется контроллером, за его основу взят типовой промышленный компьютер, оснащенный платой ввода-вывода. Модель устройства обладает следующими преимуществами: бесконтактностью измерений координат модулей-узлов, высоким пространственным разрешением положения фазового центра. Таким образом,

1 1 1 :

0

г

I

< 1

1

к

1

< >

1

1

1

4

"Ф -1— 1 0 +Ф

Рис. 2. Эволюция изображения светодиода на пиксельном поле матрицы ПЗС:

1 — пиксельное поле ПЗС-матрицы; 2 — изображение

К

А

А—А

н

Приемо-передающий Светодиод Светодиод модуль

г-'

К

А

Длиннофокусный объектив

Рис. 3. Конструкция светоотражающего элемента и светодиода подсветки

Датчики и Системы • № 11.2011

53

контроль всей поверхности антенны ФАР БЛА достигается последовательным сканированием поля зрения объектива прецизионным сканирующим устройством. Конструкция СОЭ представлена на рис. 3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предлагаемые метод и его реализация в виде устройства для контроля координат модулей нежесткой ФАР БЛА обеспечивает повышение пространственной избирательности радиолокационных систем обнаружения БЛА [3, 4], выполненных по технологии фазированных решеток ФАР. Впервые предложено устройство для измерения координат элементов нежесткой крупноапертур-ной решетки относительно базовой (опорной) точки для перспективных многофункциональных систем БЛА. Достоинство предлагаемого устройства заключается в согласованной работе разнородных подсистем: лазерного дальномера и ПЗС-матрицы, установленных в оптическом тракте длиннофокусного объектива, а также радиотехнической части.

Данное устройство позволяет построить трехмерный график отклонений ориентаций всех излучателей от нормального положения с последующим внесением коррекций в систему управления ФАР.

ЛИТЕРАТУРА

1. Полтавский А. В. Математическая модель информационно-ударного комплекса беспилотных летательных аппаратов // Боеприпасы. - 2009. - № 1. - С. 70-76.

2. Полтавский А. В. Модель измерительной системы в управлении беспилотным летательным аппаратом // Информационно-измерительные и управляющие системы. — 2009. - № 10. - С. 73-77.

3. Пат. № 2304760 РФ. Способ определения координат / В. В. Пашков // Бюл. - 2007. - № 23.

4. Полтавский А. В. Модель адаптивной системы управления беспилотным летательным аппаратом // Научный вестник МГТУ ГА. - 2008. - № 130. - С. 167-171.

5. Пат. № 2302030 РФ. Адаптивная система управления беспилотным летательным аппаратом по крену и тангажу / А. А. Бурба, В. В. Мирошник, А. В. Полтавский // Бюл. -2007. - № 170.

Работа выполнена в Институте проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН (г. Москва).

Александр Васильевич Полтавский — канд. техн. наук, ст. научн.

сотрудник;

Владимир Васильевич Маклаков — и. о. зав. лабораторией № 54;

Владимир Михайлович Бородуля — научн. сотрудник;

Андрей Николаевич Полохов — вед. инженер;

Александр Сергеевич Мошников — аспирант.

® (8495) 334-85-79

E-mail: moshnikov-as@yandex.ru □

УДК 621.383.5

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ВЕЛИЧИН1

С. Г. Новиков, И. В. Корнеев, Н. Т. Гурин, В. А. Родионов, А. А. Штанько

Разработан фотоэлектрический преобразователь углов на базе кремниевого позиционно-чувствительного ф

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком