УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ АНТЕННОГО МОДУЛЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к антенным измерениям и вычислительной технике и может быть использована для автоматизированного контроля параметров антенного модуля беспилотного летательного аппарата (БПЛА).
За прототип выбрано устройство автоматического контроля и настройки вторичных параметров антенн по Авторскому свидетельству СССР №883892, 1979 г., М. Кл. 3 G01R 29/10, опубл. 25.11.1981 г., Бюл. №43.
*)
Устройство-прототип содержит блок внешнего электропитания, блок внутреннего электропитания, ЭВМ (рабочую станцию*,  наименование в заявляемом устройстве), измерительный приемник (спектроанализатор*), вспомогательную антенну, высокочастотный генератор (сверхвысокочастотный генератор*), поворотный стол с приводом, датчик вал-код (датчик положений*), блок оцифровки (преобразователь угол-код*), а также блок сопряжения и регистратор* (управляющий контроллер*).
Устройство-прототип позволяет производить контроль параметров при работе антенны только по одной, например, вертикальной оси, т.е. по углу поворота.
Недостатками устройства-прототипа являются:
- невозможность измерения частоты преобразователя напряжение-частота (ПНЧ), поскольку для компенсации изменений напряжения при работе бортового источника питания (БИЛ) БПЛА из-за различных факторов в состав антенного модуля (AM) введен упомянутый ПНЧ;
- невозможность диагностики и контроля параметров AM по горизонтальной оси, по азимуту из-за отсутствия второго привода, второго датчика положений (ДП) и второго преобразователя угол-код (ПУК);
- невозможность контроля параметров нагрузки (ток и напряжение) и входного напряжения контролируемого AM из-за отсутствия мультиметра;
- невозможность проверки контролируемого AM при различных напряжениях питания из-за отсутствия программируемого источника напряжения (ПИН);
- недостаточная защита персонала от поражения электрическим током из-за отсутствия автоматического выключателя (АВ).
Решаемой задачей являются:
- обеспечение измерения частоты ПНЧ AM введением частотомера;
- обеспечение контроля параметров AM как по углу, так и по азимуту, т.е. по вертикальной и горизонтальной осям введением второго привода, второго ДП и второго ПУК;
- обеспечение возможности контроля параметров нагрузки (ток и напряжение) и входного напряжения контролируемого AM введением мультиметра;
- обеспечение возможности проверки контролируемого AM при различных напряжениях питания введением ПИН;
- повышение защищенности персонала от поражения электрическим током введением АВ;
Сущность полезной модели состоит в том, что в устройстве автоматизированного контроля (УАК) параметров антенного модуля (AM) беспилотного летательного аппарата (БПЛА), содержащим блок внешнего электропитания, блок внутреннего электропитания, рабочую станцию (PC), спектроанализатор, управляющий контроллер (УК), вспомогательную антенну (ВА), сверхвысокочастотный генератор (СВЧГ), поворотный стол для размещения контролируемого AM, привод, датчик положений (ДП) и преобразователь угол-код (ПУК), в состав дополнительно введены мультиметр, программируемый источник напряжения (ПИН), частотомер, второй привод, второй ДП, второй ПУК и автоматический выключатель (АВ), при этом вход АВ подключен к сети промышленного напряжения, а его выход - ко входу БВЭП, первый вход-выход PC соединен со входом-выходом УК, второй вход-выход PC соединен со входом-выходом мультиметра, третий вход-выход PC соединен со входом-выходом ПИН, а четвертый - со входом выходом частотомера, первый выход УК соединен со входом мультиметра, а его второй и третий выходы соответственно - со вторым и третьим входами усилителя контролируемого AM, первый и второй выходы усилителя AM соединены соответственно с входами первого и второго приводов, выход первого привода соединен со входом первого ДП, выход которого соединен со входом первого ПУК, а выход последнего - с первым входом УК, выход второго привода соединен со входом второго ДП, выход которого соединен со входом второго ПУК, а выход последнего - со вторым входом УК, первый выход ПИН соединен с третьим входом усилителя AM, а второй выход ПИН - со входом преобразователя напряжение-частота AM, выход которого соединен со входом частотомера, вход спектроанализатора соединен с выходом антенны AM, а выход СВЧГ соединен со входом ВА, находящейся в радиосвязи с антенной AM, при этом блоки внешнего и внутреннего электропитания обеспечивают электропитание составных частей УАК и AM, АВ обеспечивает защиту от возможных поражений электрическим током, а ПИН - необходимые для работы напряжения.
Сущность полезной модели поясняется также функциональной схемой устройства, на схеме приняты следующие обозначения:
1 - автоматический выключатель (АВ),
2 - блок внешнего электропитания,
3 - блок внутреннего электропитания,
4 - рабочая станция (PC),
5 - спектроанализатор;
6 - управляющий контроллер (УК),
7 - вспомогательная антенна (ВА);
8 - сверхвысокочастотный генератор (СВЧГ);
9 - поворотный стол;
10 - привод (по углу);
11 - датчик положений (по углу, ДП);
12 - преобразователь угол-код (по углу, ПУК);
13 - мультиметр;
14 - программируемый источник напряжения (ПИН);
15 - частотомер;
16 - привод (по азимуту);
17 - датчик положений (по азимуту, ДП);
18 - преобразователь угол-код (по азимуту, ПУК).
Описание устройства в соответствии с функциональной схемой
**)
Все составные части устройства установлены в металлическом корпусе** ( на схеме не показан) и находятся в конструктивном единстве и функциональной взаимосвязи, внутренний электромонтаж осуществляется через разъемы** составных частей, а также монтажными жгутами** и перемычками**, т.е. технический результат обеспечивается совокупностью признаков всех элементов конструкции, при этом исключение одного из элементов конструкции исключает и возможность функционирования устройства в целом.
Блок внешнего питания 2 предназначен для распределения сетевого напряжения ~220 В, 50 Гц по блокам (составным частям) устройства, а автоматический выключатель (АВ) 1 предназначен для защиты работающего с устройством персонала от поражений электрическим током, в результате возможного пробоя изоляции электрической цепи ~220 В на корпус** вследствие короткого замыкания или перегрузки.
Блок внутреннего электропитания 3 предназначен для формирования напряжения +5 В и +12 В для электропитания УК 6 и преобразователей угол-код 12 и 18.
***)
Рабочая станция 4 предназначена для формирования сигналов управления УК 6, мультиметра 13, ПИН 14 и частотомера 15, производства анализа результатов измерений, их индикации и распечатки, управления измерительными и аппаратными средствами, обеспечения интерфейса с пользователем посредством программного обеспечения, для контроля параметров антенны*** ( на схеме не обозначена) AM***, таких как, предельные углы поворота поляризационного отражателя**, ток потребления, динамическую ошибку при отработке синусоидального и пилообразного воздействия, выбег при реверсе, скорость сканирования, для анализа боковых лепестков направленности антенны, регулировки электрической оси антенны AM и т.д., а также для индикации результатов контроля и хранения протоколов измерений.
Спектроанализатор 5 предназначен для контроля входного СВЧ-сигнала антенны AM и индикации результатов контроля
Управляющий контроллер (УК) 6 предназначен для управления двумя асинхронными двигателями** приводов 10 и 16 установленных на вертикальной и горизонтальной осях по углу и по азимуту антенны проверяемого AM, для получения информации о положении антенны от двух датчиков положении 11 и 17 по углу и по азимуту антенны AM, а также для управления мультметром 13 и усилителем*** AM.
Вспомогательная антенна (ВА) 7 предназначена для подачи направленного СВЧ-сигнала на антенну проверяемого AM.
СВЧ-генератор (СВЧГ) 8 предназначен для генерации СВЧ-сигнала и подачи его на ВА 7.
Поворотный стол 9 предназначен для размещения контролируемого AM.
Приводы 10 и 16 предназначены для перемещения поворотного стола 9 с AM по вертикальной и горизонтальной осям, т.е. по углу и по азимуту.
Датчики положений (ДП) 11 и 17 предназначены для контроля положений антенны AM по углу и по азимуту.
Преобразователи угол-код (ПУК) 12 и 18 предназначены для преобразования аналогового сигнала соответственно от ДП 11 и 17 в цифровой код для УК 6.
Мультиметр 13 предназначен для измерения напряжения питания и тока потребления проверяемого AM.
Программируемый источник напряжения (ПИН) 14 предназначен для питания усилителя и преобразователя напряжение-частота (ПНЧ)*** AM.
Частотомер 15 предназначен для измерения частоты ПНЧ AM, компенсирующего изменения напряжения питания при работе БИП** БПЛА** из-за различных факторов.
Описание работы устройства в соответствии с функциональной схемой
Собирают схему устройства.
На поворотный стол 9 устанавливают проверяемый AM и механически подключают асинхронные двигатели приводов 10 и 16.
Вход АВ 1 подключают к сети промышленного напряжения 220 В, 50 Гц, а его выход - ко входу блока внешнего электропитания 2, выходы блока 2 соединяют с входами электропитания блока внутреннего электропитания 3, PC 4, спектроанализатора 5, мультиметра 13, ПИН 14, частотомера 15 и СВЧГ 8.
Выходы блока внутреннего электропитания 3 подключают ко входам электропитания УК 6, преобразователя угол-код 12 (по углу) и преобразователя угол-код 18 (по азимуту).
Первый управляющий вход-выход PC 4 через интерфейс USB подключают ко входу-выходу УК 6, второй вход-выход PC 4 подключают ко входу-выходу мультиметра 13, третий вход-выход PC 4 подключают ко входу-выходу ПИН 14, а четвертый вход-выход PC 4 подключают ко входу-выходу частотомера 15.
Первый выход УК 6 соединяют со входом мультиметра 13, а его второй и третий выходы соответственно - с первым и вторым входами усилителя проверяемого AM, первый и второй выходы усилителя AM соединяют соответственно с входами приводов 10 и 16, выход привода 10 соединяют со входом ДП 11, выход которого соединяют со входом ПУК 12, а выход последнего - с первым входом УК 6, выход привода 16 соединяют со входом ДП 17, выход которого соединяют со входом ПУК 18, а выход последнего - со вторым входом УК 6, первый выход ПИН 14 соединяют с третьим входом усилителя AM, а второй выход ПИН 14 - со входом ПНЧ AM, выход которого соединяют со входом частотомера 15.
Выход СВЧГ 8 подключают ко входу ВА 7, выход антенны проверяемого AM подключают к спектроанализатору 5.
Включают в сеть 220 В, 50 Гц через АВ 1 блок внешнего питания 2, от него напряжение питания подается на блок внутреннего электропитания 3, PC 4, мультиметр 13, ПИН 14 и частотомер 15, при этом упомянутый АВ 1 обеспечивает защиту от короткого замыкания и перегрузки.
После подачи напряжения питания на PC 4 загружается операционная система и запускается программа управления.
Программа управления предварительно запускает процедуру самотестирования устройства, которая проверяет связи управления по интерфейсу GPIB** с мультиметром 13, ПИН 14 и частотомером 15 и наличие связей управления по интерфейсу USB** с УК 6, а также проверяет наличие напряжений питания +12 В и +5 В блока внутреннего питания 3.
Блок внутреннего питания 3 формирует напряжение +5 В и +12 В и обеспечивает электрические режимы работы УК 6 и преобразователей угол-код 12 и 18.
По командам от PC 4 ПИН 14 устанавливает и обеспечивает необходимое напряжение для работы усилителя и ПНЧ контролируемого AM и соответственно приводами 10 и 16, при этом контроль установленного напряжения осуществляется мультиметром 13 в режиме измерения напряжения.
ПНЧ компенсирует изменения напряжений питания при работе БИП БПЛА проверяемого AM из-за различных факторов, а также преобразует напряжение от ПИН 14 в частоту, контролируемую частотомером 15.
СВЧГ 8 генерирует СВЧ-сигнал для ВА 7, ВА 7 направленно излучает СВЧ-сигнал на вход антенны, с выхода которой СВЧ-сигнал поступает на спектроанализатор 5, который контролирует его уровень и параметры антенны проверяемого AM, а также осуществляет их индикацию.
По команде от PC 4 УК 6 через усилитель AM управляет асинхронными двигателями приводов 10 и 16, устанавливает необходимый угол и азимут антенны проверяемого AM, задает параметры ее движения, скорость сканирования, получает данные о работе приводов 10 и 16 соответственно через ДП 11 и 17 и ПУК 12 и 18, а также формирует протокол работы приводов 10 и 16 антенны AM, при этом упомянутые приводы 10 и 16 вращают поворотный стол 9 с проверяемым AM по вертикальной и горизонтальной осям, т.е. по углу и по азимуту и устанавливают его в необходимое положение, ДП 11 и 17 контролируют положения антенны, а ПУК 12 и 18 преобразуют аналоговые сигналы соответственно от ДП 11 и 17 в цифровой код для УК 6.
Таким образом, заявляемое устройство автоматизированного контроля параметров антенного модуля (AM) беспилотного летательного аппарата посредством измерительных, аппаратных средств и составных частей AM осуществляет контроль параметров AM при различных режимах работы, при этом рабочая станция производит анализ результатов измерений, их индикацию и распечатку, обеспечивает интерфейс с пользователем посредством программного обеспечения, а также хранение протоколов измерений.
Программа устройства позволяет производить:
- самодиагностику;
- контроль параметров антенного модуля БПЛА, с возможностью выдачи результатов на печатающее устройство (принтер);
- ввод паспортных данных на контролируемый антенный модуль БПЛА.
Заявляемое устройство предназначено для проведения автоматизированного контроля параметров антенного модуля (AM) беспилотного летательного аппарата (БПЛА), таких как, предельные углы поворота поляризационного отражателя, ток потребления, динамическую ошибку при отработке синусоидального и пилообразного воздействия, выбег при реверсе, скорость сканирования, а также для анализа боковых лепестков направленности антенны, регулировки электрической оси антенны и т.д., с отображением результатов посредством измерительных и аппаратных средств.
Технические данные устройства:
- первичное напряжение электропитания 220 В, частота 50 Гц;
- потребляемый ток по цепи 220 В, 50 Гц не более 2,5 А;
- устройство нормально функционирует в течение 16 часов при подаче на него напряжения питания и сигналов управления;
- устройство сохраняет параметры при изменении напряжения источника питания 220 В, 50 Гц в пределах от 198 до 242 В;
- назначенный срок службы и хранения устройства 5 лет.
Технический результат от использования полезной модели и совокупность отличительных признаков для его достижения:
- обеспечение измерения частоты ПНЧ AM введением частотомера;
- обеспечение контроля параметров AM как по углу, так и по азимуту, т.е. по вертикальной и горизонтальной осям введением второго привода, второго ДП и второго ПУК;
- обеспечение возможности контроля параметров нагрузки (ток и напряжение) и входного напряжения контролируемого AM введением мультиметра;
- обеспечение возможности проверки контролируемого AM при различных напряжениях питания введением программируемого источника напряжения (ПИН);
- повышение защищенности персонала от поражения электрическим током введением АВ.
Представленные описание и схемы заявляемого устройства позволяют, применяя существующие материалы и унифицированные покупные комплектующие изделия, изготовить его промышленным способом и использовать для автоматизированного контроля параметров антенного модуля беспилотного летательного аппарата.