ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОРАБЛЯ

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.