УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА АНТЕННЫ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ

Полезная модель относится к области радиолокации и радиолокационной техники и может быть использована в радиолокационных станциях (РЛС) кругового обзора, многопозиционных РЛС (МПРЛС) и радиолокационных комплексах (РЛК) различного назначения для измерения угла наклона антенны.
Как известно, в некоторых радиолокационных модулях МПРЛС и РЛК во время работы могут изменять угол наклона антенного полотна, устанавливая его в заданные конструктивно положения. От точного знания значения угла наклона зависит результирующая погрешность определения угла места, а соответственно, и высоты воздушного объекта.
Известен цифровой измеритель уклонов [1], содержащий корпус, внутри которого расположен датчик угла наклона и электронная схема преобразования сигнала. Датчик угла наклона выполнен в виде двухкоординатного измерителя ускорения, выдающего электрический сигнал в виде напряжения, определяемого величиной измеряемого угла наклона. На лицевой поверхности корпуса расположен жидкокристаллический индикатор и механический переключатель режимов измерения. Жидкокристаллический индикатор выполнен с возможностью одновременной индикации направления и величины уклона поочередно по одной из двух осей координат. Электронная схема преобразования сигнала выполнена в виде включенных последовательно операционного усилителя, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и блока индикации режимов измерения, а также стабилизированного источника питания.
В качестве наиболее близкого, по наличию сходных конструктивных признаков, аналога (прототипа) для заявляемого технического решения принято устройство цифрового измерителя угла наклона [2], содержащее корпус, внутри которого расположена электронная схема преобразования сигнала датчика угла наклона, выдающего электрический сигнал в виде напряжения, определяемого величиной измеряемого угла наклона, на лицевой поверхности корпуса расположен жидкокристаллический индикатор, выполненный с возможностью индикации величины наклона по двум осям координат, жидкокристаллический индикатор подключен к электронной схеме преобразования сигнала, выполненной в виде операционного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, стабилизированного источника питания, блока индикации режимов измерения и микроконтроллера, выполненного с возможностью управления режимами работы устройства. Датчик угла наклона размещен вне корпуса с электронной схемой и связан с последним посредством электрического кабеля.
Как аналог, так и прототип могут быть использованы только в стационарных объектах, а также в качестве контрольно-поверочной аппаратуры.
Прототип содержит следующие признаки, совпадающие с существенными признаками предлагаемой полезной модели:
- корпус, внутри которого расположена электронная схема преобразования сигнала датчика угла наклона;
- электронная схема преобразования сигнала датчика угла наклона, содержащая АЦП, микроконтроллер и стабилизированный источник питания, подключенный к АЦП и микроконтроллеру;
- индикатор угла наклона, обеспечивающий дистанционное управление устройством.
К недостаткам прототипа можно отнести следующее:
низкую надежность и помехоустойчивость при воздействии электромагнитного поля, создаваемого при работе РЛС;
- сложность считывания информации об измеренном угле наклона и управления работой электронной схемы преобразования сигнала датчика угла наклона при оперативном изменении угла наклона антенны;
- ограничения по предельным рабочим температурам (определяется жидкокристаллическим индикатором) и механическим воздействиям.
Техническим результатом полезной модели является создание надежного устройства для определения угла наклона антенны РЛС с необходимой точностью при выполнении повышенных требований по климатическим и механическим воздействиям и стойкого к воздействию электромагнитного поля, готового к использованию в составе РЛС кругового обзора с удаленным управлением работой электронной схемы преобразования сигнала датчика угла наклона и отображением измеренных углов, с последующим их сохранением в энергонезависимой памяти.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем корпус, в котором размещена электронная схема, и индикатор, обеспечивающий дистанционное управление устройством, использована элементная база, обеспечивающая его работоспособность при повышенных требованиях по климатическим и механическим воздействиям, а сам корпус, в котором дополнительно установлен датчик угла наклона, выполнен из металла, герметичен, заземлен и закреплен на антенне, в электронную схему, содержащую АЦП, микроконтроллер и стабилизированный источник питания, дополнительно введены формирователь кода и тактовый генератор, а также дополнительно введен вычислитель. В вычислителе, с целью уменьшения влияния случайной составляющей ошибки измерения, производится накопление и усреднение полученных углов наклона. Полученные средние значения суммируются в вычислителе с котировочными поправками, учитывающими погрешности установки корпуса с датчиком угла наклона на объект, и выдаются потребителю. Юстировочные поправки хранятся в энергонезависимой памяти вычислителя.
На фигуре представлена структурная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - корпус;
2 - датчик угла наклона (Д);
3 - стабилизированный источник питания (СИП);
4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
5 - формирователь кода (ФК);
6 - тактовый генератор (ТГ);
7 - микроконтроллер (МК);
8 - вычислитель (В);
9 - индикатор (И).
Устройство для определения угла наклона содержит закрепленный на антенне заземленный металлический герметичный корпус, внутри которого расположены датчик угла наклона (Д) 2 и электронная схема в составе стабилизированного источника питания (СИП) 3, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 4, формирователя кода (ФК) 5, тактового генератора (ТГ) 6 и микроконтроллера (МК) 7, а также вычислитель (В) 8 и индикатор (И) 9. Все элементы устройства, кроме И9, находятся на вращающейся части РЛС. При этом датчик 2 последовательно соединен с АЦП4, ФК5 и МК7, вторые входы которых, как и входы Д2 и ТГ6, соединены с выходом СИП3. Вход-выход ФК5 соединен с первым входом-выходом МК7, первый вход которого соединен с выходом ТГ6, а второй вход-выход - с первым входом-выходом В8, второй вход-выход которого соединен с входом-выходом И9. Соединение между В8 и И9 производится через вращающийся токосъемник РЛС, либо по радиоканалу (не показаны на фигуре). Выход И9 является выходом устройства.
Датчик Д2 выполнен с возможностью выдачи угла наклона с необходимой точностью и разрешающей способностью по двум или трем осям координат в виде измерителя ускорения (двухосевого или трехосевого акселерометра), величина выходного напряжения которого определяется величиной измеряемого угла наклона.
В качестве Д2, АЦП4 и ФК5 может использоваться блок акселерометров БА-24УМ [3].
Либо в качестве Д2 могут быть использованы акселерометры типа ATI 104-50 [4], а в качестве АЦП 4 и ФК 5 может использоваться микроконтроллер типа 1986 ВЕ91Т [5].
В качестве В8 может использоваться малогабаритная панельная станция МПС-12 [6], либо ЭВМ КОКС [7].
В качестве МК7 может использоваться МПС-12 [6], соединенная с ФК5 через преобразователь уровней 5559ИН4У и микросхемы 533ИЕ19 и 533ТМ2.
В качестве ТГ6 может быть использован генератор типа ГК81-П [8].
В качестве И9 может использоваться МПС-20 [9], ПК-51 [10], либо другая ЭВМ.
Устройство работает следующим образом.
При установке неподвижной антенны на заданный угол наклона на выходе вычислителя 8 формируются команды запроса и синхронизации. Данные команды проходят через микроконтроллер 7, тактируются тактовым генератором 6, и поступают на вход формирователя кода 5.
Одновременно на вход аналого-цифрового преобразователя 4 подаются сигналы от датчика угла наклона 2.
В аналого-цифровом преобразователе 4 эти сигналы оцифровываются и передаются на формирователь кода 5. Полученные в формирователе кода 5 значения передаются через МК7 в соответствии с протоколом информационного обмена, принятого между формирователем кода 5 и вычислителем 8, на вход вычислителя 8, который вычисляет по полученным данным угол наклона антенны по формулам двухосевого или трехосевого акселерометра [11].
Для снижения влияния случайной составляющей ошибки измерения формирователем кода 5 вычислителем 8 производится несколько циклов запроса и последующее усреднение полученных углов.
Полученные значения углов усредняются и суммируются с котировочными поправками, которые определяются при установке корпуса с датчиком угла наклона на антенну, при отгоризонтированной, неподвижной антенне, и хранятся в энергонезависимой памяти вычислителя 8. Юстировочная поправка выбирает погрешности, связанные с монтажом корпуса с датчиком угла наклона на объекте. Юстировочная поправка вводится либо вручную через индикатор 9, либо определяется автоматически после подачи управляющей команды с индикатора 9. Питающие напряжения на датчик угла наклона 2, аналого-цифровой преобразователь 4, формирователь кода 5, тактовый генератор 6 и микроконтроллер 7 подаются от стабилизированного источника питания 3. Выход индикатора 9, на котором отображаются результаты измерений, является выходом устройства.
Предлагаемое устройство прошло испытание на одной из действующих РЛС с подтверждением технического результата.
Таким образом, устройство, содержащее закрепленный на антенне заземленный металлический герметичный корпус, внутри которого расположены датчик угла наклона, АЦП, ФК, МК, СИП и ТГ, а также В и И, расположенные вне корпуса, соединенные и функционирующие описанным выше способом, и в котором используется новая элементная база с повышенными требованиями по климатическим и механическим воздействиям, представляет собой надежное устройство для определения угла наклона РЛС с необходимой точностью при воздействии электромагнитного поля, создаваемого работающей РЛС кругового обзора, устойчивое к повышенным климатическим и механическим воздействиям, с удаленным управлением работой электронной схемы преобразования сигнала датчика угла наклона и отображением измеренных углов, с последующим их сохранением в энергонезависимой памяти.
Источники информации:
1. "Цифровой измеритель уклонов", патент РФ на изобретение №2166732, МПК G01C 9/00, опубл. 10.05.2001;
2. "Устройство цифрового измерителя угла наклона", патент РФ на полезную модель №50298, МПК G01C 9/06, опубл. 27.12.2005 (прототип);
3. ИСМЯ. 402221.012 ТУ;
4. ИСМЯ. 402139.013 ТУ;
5. http://milandr.ru/uploads/Products/product_22/spec_l986 BE91T.pdf;
6. МКЛД. 466229.050 ТУ;
7. ПРТК. 466535.006 ТУ;
8. ТУ 6329-019-07614320-99;
9. МКЛД. 466229.056 ТУ;
10. НВИТ. 466229.004-03 ТУ;
11. http://bitaks.com/resources/inclinometer/content.html
"Определение угла наклона акселерометром".