УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КООРДИНАТ МОДУЛЕЙ НЕЖЕСТКОЙ КРУПНОАПЕРТУРНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Областью применения устройства являются радиолокационные системы повышенной пространственной избирательности в системах обнаружения беспилотных летательных аппаратов (БЛА).
В современных радиолокационных системах БЛА применяются пассивные и активные фазированные антенные решетки (ФАР) в системах обнаружения различных объектов-целей, 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 моделями ФАР, а начиная с некоторых и к их физической невозможности исполнения. Возникает необходимость в поиске и разработке новых подходов для решения подобных задач.
Один из таких вариантов: допустить нежесткость механических связей между модулями ФАР БЛА, при одновременной возможности контроля их текущих координат, в реальном времени.
Известно устройство определения координат по патенту RU 2304760 А, 20.08.2007. Устройство включает в себя массив микролинз, через который проецируют изображение на поверхность объекта, при этом формируют на поверхности объекта массив точечных изображений.
Поставленная задача решена путем создания способа определения координат, который включает в себя следующие 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 точечное изображение матричным фотоприемником и преобразуют его в электрический сигнал,
- преобразуют электрический сигнал в дискретный,
- оцифровывают дискретный сигнал в нескольких точках и формируют огибающую сигнала;
- 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.
Недостатком устройства является недостаточно точное соответствие медианного значения положению объекта и необходимость уточнения медианного значения, а процедура вторичной дискретизации неоправданно увеличивает объем анализируемых данных.
Задачей настоящей полезной модели является расширение арсенала технических средств радиолокационного мониторинга пространства перспективного БЛА.
Техническим результатом заявленного устройства является повышение точности определения координат изображения точечного источника на поверхности объекта за счет аппроксимации изображения поверхностью второго порядка, определения рассогласования изображений при двух различных рельефах поверхности объекта с последующим применением калмановской фильтрации.
Техническим результатом предложенного устройства является возможность контроля координат модулей нежесткой крупноапертурной антенной решетки в реальном времени, что позволяет создать систему управления фазами приемо-передающих модулей, что в конечном счете существенно повышает характеристики ФАР БЛА, в частности пространственную избирательность.
Технический результат достигается тем, что устройство контроля координат модулей нежесткой крупноапертурной антенной решетки для беспилотного летательного аппарата 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, причем модули антенной решетки установлены на консолях по периметру летательного аппарата, а устройство контроля размещено на выдвижной штанге.
На фиг.1 - представлена общая схема контроля координат элементов.
На фиг.2 - эволюция изображения светодиода на пиксельном поле ПЗС.
На фиг.3 - конструкция светоотражающего элемента и светодиода подсветки.
На фиг.4 - разрез А-А фиг.3.
На фиг.5 - схема расположения модулей и устройства контроля ФАР на перспективном многофункциональном БЛА.
Устройство контроля координат модулей нежесткой крупноапертурной антенной решетки 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 система находится под управлением контроллера 1 реализованного на базе стандартного PC. Модули 12 антенной решетки установлены посредством узлов 16-21 на консолях по периметру летательного аппарата, а устройство контроля размещено на выдвижной штанге 22 в центре масс БЛА.
Устройство работает следующим образом: на приемо-передающих модулях антенной решетки расположенной на БЛА (фиг.5), в их фазовых центрах, установлены светоотражательные элементы 10 (СОЭ) с интегрированными в них светодиодами подсветки 23. 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 свет, в обратном ходе лучей, собирается на фотоприемном устройстве дальномера, на входе которого установлен амплитудный компаратор с порогом срабатывания согласованным с уровнем отражения от СОЭ. Измерение дальности производится с миллиметровой точностью.
Одновременно, освещенная область решетки 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, сопряженных 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 решетки достигается последовательным сканированием поля зрения объектива 7, по площади антенны с помощью оптического сканера. «Сшивание» кадров выполняться с пиксельной точностью и обеспечивается прецизионностью сканера. Начало системы координат связано с осью вращения зеркала сканера. Вся измерительная система находится под управлением контроллера 13 выполненного на базе стандартного PC.
Устройство обладает следующими преимуществами: бесконтактный способ измерения координат модулей, высокое пространственное разрешение положения фазового центра модуля, автоматизация процесса измерений бортовой ЦВМ БЛА.