СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК H04B10/00 

Изобретение относится к средствам управления, а более конкретно к системам передачи информации, в которых, как минимум, один из пунктов (пункт передачи и/или пункт приема информации) является подвижным.

Передача информации на определенное расстояние находит применение практически во всех областях народного хозяйства и в военной технике. При этом от технических особенностей средств и линий передачи информации зависят и качество, и надежность передачи.

Известны системы передачи информации военно-технических систем управления подвижными объектами, в частности управляемыми ракетами (УР) [1] Система управления УР с передачей команд по проводам или радио состоит из командно-шифраторного блока, находящегося на командном (передающем) пункте (у оператора), линии связи (линии передачи информации) и дешифраторно-исполнительного блока, размещенного на приемном пункте (на борту ракеты). Проводные линии связи таких систем отличаются высокой помехозащищенностью от случайных и организованных помех, простотой устройства аппаратуры и эксплуатации. Однако проводная связь имеет недостатки: трудно обеспечить размотку провода при больших скоростях полета ракеты, поэтому скорость объекта управления (ракеты) ограничивается. Кроме того, передача информации может происходить только с неподвижного пункта передачи (командного пункта), так как в противном случае проводная линия связи выходит из строя.

Радиосвязь между пунктами передачи и приема информации имеет преимущество перед проводной: она не ограничивает скорость перемещения пунктов приема и передачи информации друг относительно друга. Вместе с тем, появляются недостатки: уменьшается помехоустойчивость, возрастают сложность, объем и стоимость аппаратуры. Кроме того, имеются ограничения в расширении функциональных возможностей в процессе проведения конверсии военной техники и вооружения (прежде всего по объему передаваемой информации). В то же время, такие системы передачи информации могли бы служить основой при создании больших информационных систем, элементы которой располагаются на значительном удалении друг от друга, которое может изменяться (периодически и/или постоянно) как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.

Известна система передачи информации, в которой в качестве линии связи между передающими и приемным пунктами используется лазерный информационный луч [1] Она содержит передающий и приемный пункты, установленные на передающем пункте блок включения, источник лазерного излучения и соединенный с ним оптически модулятор, входы которых соединены с блоком включения, оптическую формирующую систему, пульт управления оператора, первый выход которого соединен с входом блока включения, привод наведения, вход которого соединен с вторым выходом пульта управления оператора, а выход соединен с входом оптической формирующей системы, и установленный на приемном пункте приемный блок потребителя информации, оптически взаимосвязанный с оптической формирующей системой. Эта система является прототипом предлагаемой.

Использование в качестве линии связи лазерного луча дает существенные преимущества. Частота световых волн в миллионы раз больше частоты УКВ. Это значит, что лазерный луч способен нести тысячи телепрограмм, не говоря уже о радио или телефонии. По световому каналу связи можно передать одновременно в 2•10⁴ раз больше информации, чем по радиоканалу, включая и СВЧ. Что же касается передачи информации на большие расстояния, то и здесь лазеры при малой угловой расходимости и высоких энергетических характеристиках являются одним из наиболее перспективных средств [2] Как и в радиотехнике, роль несущей выполняет излучение лазера, а модулятор накладывает на несущую необходимую информацию (речь, телевизионную или любую другую закодированную систему сигналов). Оптическая система лазера обеспечивает одно из важнейших условий передачи сигнала его высокую направленность, а следовательно и дальность действия, а также скрытность работы по отношению к разведывательным средствам противника (если система передачи информации используется на военных объектах) или конкурентов (если система передачи используется в хозяйственно-экономических информационных системах). Кроме того, снимается ограничение по подвижности пунктов передачи информации.

Система передачи информации прототип также имеет недостатки. Функциональные возможности ее использованы недостаточно: лишь для управления приемным пунктом (управляемой ракетой) в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Надежность передачи информации определяется как субъективными особенностями оператора, который на протяжении всей передачи вынужден удерживать оптическую ось оптической формирующей системы в определенном, строго заданном направлении, совмещенном с приемным пунктом (в прототипе с целью), так и динамическими характеристиками системы управления, определяющими надежность удержания управляемой ракеты (приемного пункта) в луче лазера. Увеличение времени передачи, дальности между пунктами передачи и приема информации в сочетании с угловыми колебаниями передающего пункта и узостью лазерного луча приводит к увеличению ошибок оператора и напряженности его деятельности. Если же в качестве пункта приема информации использовать другие объекты (неподвижные или подвижные, но не отслеживающие положение лазерного луча, как управляемая ракета), то надежность передачи резко снижается из-за опасности выхода приемного пункта из информационного лазерного луча. Выход же приемного пункта из лазерного луча (даже кратковременный) может привести к потере важной (может быть уникальной) информации. В прототипе наиболее опасным периодом для передачи информации является начальный, когда пункт управления (управляемая ракета) на короткое время выходит (после ее выстрела) из лазерного луча и продолжает движение в поперечных (лазерному лучу) плоскостях, вызванное угловыми скоростями передающего пункта при его движении по пересеченной местности. Время такого движения ракеты в зависимости от ее типа составляет 0,8 1,8 с, а поэтому ее угловое отклонение от оси лазерного луча может достигнуть значительной величины, соизмеримой с величиной поперечного сечения лазерного луча, что может привести к срыву управления и передачи информации (вероятность срыва 25-30 при угловой скорости передающего пункта 1 ^o/с).

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей системы передачи информации, повышение ее надежности и улучшение эргономических условий работы оператора.

Указанная цель достигается тем, что в известную систему передачи информации введены установленные на передающем пункте индикатор дальности, оптически соединенный с входом оптической формирующей системы, программный механизм, вход которого соединен с первым выходом блока включения, блок задержки, вход которого соединен с первым выходом блока включения, соединенные оптически последовательно блок программного отклонения лазерного луча, первый вход которого оптически соединен с выходом модулятора, а второй вход электрически соединен с выходом блока включения, панкратическая система, первый блок отклонения лазерного луча, и второй блок отклонения лазерного луча, выход которого оптически соединен с входом оптической формирующей системы, последовательно соединенные первый датчик угловой скорости, первый запоминающий блок, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока включения и выходом программного механизма, первое масштабирующее устройство и первый коммутатор, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым выходом блока включения и выходом блока задержки, а выход с управляющим входом первого блока отклонения лазерного луча, последовательно соединенные второй датчик угловой скорости, второе запоминающее устройство, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока включения и выходом программного механизма, второе масштабирующее устройств и второй коммутатор, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым выходом блока включения и выходом блока задержки, а выход с управляющим входом второго блока отклонения лазерного луча, последовательно соединенные блок управления, дальномер, блок дальности, второй выход которого соединен с входом индикатора дальности, переключатель, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а третий с выходом программного механизма, и привод панкратической системы, выход которого соединен со входом панкратичесой системы.

Введение новых элементов и связей позволяет компенсировать смещение лазерного луча от направления на приемный пункт, вызываемое угловыми скоростями передаточного пункта, за счет дополнительного отклонения лазерного луча от заданного направления на такую же величину, но в обратном направлении. Кроме того, обеспечивается инвариантность характеристик системы передачи от изменения дальности приемного пункта за счет соответствующего изменения расходимости лазерного луча.

На чертеже показано взаимное расположение и связи элементов предлагаемой системы передачи информации и приняты следующие обозначения: I приемный пункт (ПР), II передающий пункт (ПЕР), 1 приемный блок (ПБ), 2 - оптическая формирующая система (ОФС), 3 оператор (О), 4 пульт управления оператора (ПУО), 5 привод наведения (ПН), 6 источник лазерного излучения (ИЛИ), 7 модулятор (М), 8 блок программного отклонения (БПО), 9 - панкратическая система (ПС), 10 первый блок отклонения (БО₁), 11 - второй блок отклонения (БО₂), 12 блок включения (БВ), 13 блок задержки (БЗД), 14 привод панкратической системы (ППС), 15 первый ключ (K₁), 16 второй ключ (K₂), 17 блок управления (БУ), 18 переключатель (П), 19 первый масштабирующий блок (МБ₁), 20 второй масштабирующий блок (МБ₂), 21 индикатор дальности (ИД), 22 - дальномер (Д),
23 блок дальности (БД), 24 программный механизм (ПМ), 25 первый запоминающий блок (3Б₁), 26 второй запоминающий блок (3Б₂), 27 первый датчик угловой скорости (ДУС₁), 28 второй датчик угловой скорости (ДУС₂).

Предлагаемые связи и элементы на чертеже показаны пунктиром. Сплошными линиями изображены связи и элементы прототипа. Электрические и оптические связи показаны одинарными линиями, а механические двойными. Блоки I, II, 7, 12 являются составными элементами прототипа и других подобных систем [1, 2] Их устройство и работа широко известны (см. там же). Блоки 8 11, 13 28 являются новыми. Блоки программного отклонения и отклонения лазерного луча 8, 10 и 11 могут быть выполнены на основе дефлекторов (см. например, С.Г. Рябов и др. "Приборы квантовой электроники", М. Советское радио", 1976, с. 266-280) или других оптических преломляющих устройств (см. например, В.В. Протопопов и др. "Инфракрасные лазерные локационные системы", М. Воениздат, 1987, с. 48-50). Блок задержки 13 может быть выполнен как на основе реле времени (см. например, А. Х. Синельников "Электронные реле времени" М. Энергия 1974, с. 101-129, 148-162, 172-181), так и на основе цепочек задержки (см. например, И. Р. Иващенко "Автоматическое регулирование", М. "Машиностроение", 1978, с. 241-244). Панкратическая система 9 представляет собой оптическую формирующую систему с переменным фокусным расстоянием, позволяющую изменять расходимость лазерного луча в зависимости от удаленности приемного пункта I. Для этого некоторые элементы оптической формирующей системы (панкратической системы) выполняются подвижным (см. например, И.Н. Ананьев "Основы устройства прицелов", М. Воениздат, 1974), для перемещения которых используется привод панкратической системы 14, выполняемый на основе электродвигателя (см. например В. В. Корнеев и др. "Основы автоматики и танковые автоматические системы", М. ВАБТВ, с. 476-518). Ключи 15 и 16 имеют по два управляемых входа (связанные с блоками 12 и 13) и одному ручному. Устройство и работа подобных ключей широко известны (см. например, "Промышленные приборы и средства автоматизации", Справочник, Л. "Машиностроение", 1987, с. 4240545, 562-572). Блок управления 17 обеспечивает управления дальномером 22 и переключателем 18. Для этого в его составе имеется переключатель на два положения: 1 ручной замер дальности, 2 автоматический замер дальности. В соответствии с этим и переключатель 18 имеет два положения. В первом положении он подключен к выходу программного механизма 24, а во втором к выходу блока дальности 23. Для измерения дальности в ручном режиме на блоке управления 17 установлена кнопка измерения дальности. Она же используется для подачи команды на измерение дальности и в автоматическом режиме. Масштабирующие блоки 19 и 20 могут быть выполнены на основе усилителей, или магазинов сопротивления (см. например, под ред. А.С. Белоновского "Электроавтоматика и электрооборудование танков", ч. 1, М. ВАБТВ, с. 20-99). Блоки 21-23 (индикатор дальности, дальномер и блок дальности) совместно с блоком 17 обеспечивает измерение дальности до приемного пункта I, ввод информации о дальности в поле зрения оператора (в блок 2), выработку сигнала для соответствующего перемещения подвижных элементов панкратической системы 9. Их устройство и работа широко известны [2] Программный механизм 24 обеспечивает программную работу привода панкратической системы, обеспечивающего плавное перемещение подвижных оптических элементов панкратической системы 9, изменяющих расходимость лазерного информационного луча по мере перемещения приемного пункта I (удаления управляемой ракеты в прототипе относительно передающего пункта II). В качестве запоминающих устройств 25 и 26 могут быть использованы либо блоки памяти бортовых ЭВМ, если передающий пункт является подвижным объектом (см. например, В.В. Корнеев и др. "Основы автоматики и танковые автоматические системы" М. ВАБТВ, 1976, с. 515-518), либо более простые устройства, выполненные например, на основе RC-цепочек (см. например, В.А. Бесекерский и др. "Теория автоматического регулирования", М. "Наука", 1972, с. 62-93). Датчики угловой скорости 27 и 28 могут быть выполнены как на основе штатных датчиков угловой скорости подвижных военных объектов (см. например, В.В. Корнеев и др. "Основы автоматики и танковые автоматические системы") М. ВАБТВ, 1976 г. с. 316-320), так и на основе других типов датчиков угловой скорости (см. например, там же, с. 148-157).

Работа предлагаемой системы передачи информации происходит следующим образом. Оператор включает систему и выполняет все операции по подготовке ее элементов к работе (блоков 5, 6, 7, 8, 14, 22, 24-28). Входит в связь (например, по радио или телефону) с приемным пунктом I для подготовки аппаратуры приемного пункта и оптического сопряжения блоков 1 и 2. Устанавливает на блоке 17 необходимый режим замера дальности. Убедившись в готовности аппаратуры к передаче информации, оператор с помощью пульта управления оператора 4 и привода наведения 5 совмещает прицельный индекс оптической формирующей системы 2 с приемным пунктом 1 (с приемным устройством 1, удерживает его в таком положении до окончания передачи и включает блок включения 12 (в прототипе функции блока включения выполняет блок запуска управляемой ракеты). После срабатывания блока 12 выходит на режим источник лазерного излучения 6 и модулятор 7, обеспечивающие образование лазерного луча и информационного поля в нем. Начинает работать программный механизм 24 и обеспечивает (при соответствующем положении переключателя 18) программную работу привода панкратической системы по плавному перемещению подвижных оптических элементов панкратической системы 9, сужающих лазерный луч по мере удаления приемного пункта (управляемой ракеты) от передающего пункта II. Кроме того, с блока включения сигналы подаются на коммутаторы 15 и 16, запоминающие устройства 25 и 26 и блок задержки 13. Каждый из коммутаторов обеспечивает подключение к каждому блоку отклонения 10 и 11 соответствующей последовательно соединенной цепочки, из датчика угловой скорости передающего пункта, запоминающего устройства (блоки 25 и 26) и масштабирующего устройства (блоки 19 и 20).

Если приемным пунктом является управляемая ракета, то в момент ее запуска по связи блока 25 и 26 подается команда на запоминание: в блоке 25 сигнала об угловой скорости пусковой установки в вертикальной плоскости, информация с которой поступает с датчика угловой скорости 27, а в блоке 26 сигнала об угловой скорости пусковой установки в горизонтальной плоскости, информация о чем поступает с блока 26. Одновременно с этим включаются связи блоков 27 и 28 с блоками 19 и 28 с блоками 19 и 20, благодаря чему запомненные сигналы с блоков 27 и 28 поступают соответственно на блоки 19 и 20, а затем через блоки 14 и15 на блоки отклонения 10 и 11. Масштабы в блоках 19 и 20 устанавливаются соответственно времени неуправляемого полета ракеты (от момента вылета из пусковой установки до момента захвата ракеты ее системой управления в информационном поле лазерного луча). Поэтому на выходе маштабирующих устройств 19 и 20 сигнал соответствует отклонению управляемой ракеты (из-за действия угловой скорости) от оси лазерного информационного луча в момент захвата в соответствующей плоскости (вертикальной или горизонтальной) и подача его на блоки отклонения 10 и 11 обеспечивает такое же отклонение и лазерного луча, благодаря чему относительное перемещение ракеты (приемного пункта) и лазерного луча будет скомпенсировано. Масштабирующие устройства (блоки 19 и 20) обеспечивают также согласование уровней сигналов выработанных сигналов-поправок с сигналами блоков 10 и 11. По истечении заданного времени, отводимого на захват управляемой ракеты в лазерном луче, по сигналу с блока задержки 13 срабатывают коммутаторы 15 и 16, в результате чего отключаются сигналы поправок от блоков 10 и 11. В дальнейшем работа предлагаемой системы происходит таким же образом, как и в прототипе. Запоминающие устройства 25 и 26 в исходные положения переводятся либо по сигналу с программного механизма 24 (после окончания процесса наведения), либо подачей дополнительного сигнала с блока включения 12 (при досрочном выполнении задания, т. е. поражении цели, или утере ракеты, выполняющей функции приемного пункта).

Таким образом, введение в систему передачи информации блоков отклонения лазерного луча, датчиков угловой скорости, запоминающих и масштабирующих устройств, коммутаторов и блока задержки, а также новых связей позволяет выработать поправки на угловые скорости пункта передачи (в прототипе пусковой установки) в вертикальной и горизонтальной плоскостях и тем самым компенсировать отклонение пункта приема передачи (управляемой ракеты) от оси лазерного луча, вызываемое этими угловыми скоростями. Предварительные расчеты показывают, что при стрельбе управляемыми ракетами из подвижных объектов (пунктов передачи информации), когда за время баллистического (неуправляемого) полета управляемой ракеты угловые скорости объекта вызывает отклонение управляемой ракеты от заданного 0,4^o и более, компенсация этого отклонения с помощью предлагаемого устройства позволяет повысить вероятность встреливания, а вместе с тем и вероятность захвата управляемой ракеты более, чем на 20
Введение дальномера с блоками управления и дальности позволяет дополнительно расширить функциональные возможности системы передачи информации и обеспечить надежную передачу не только на равномерную удаляемые пункты приема информации управляемые ракеты, но и на все остальные (неподвижные, приближающиеся, а также со случайным изменением дальности). Введение панкратической системы с ее приводом и связь ее с блоками измерения дальности обеспечивают оптимизацию энергетических характеристик и их независимость от расстояния между пунктами приема и передачи информации.

Изобретение относится к системам связи в средствах управления. Предложенная система содержит приемный пункт 1, передающий пункт 2, оптическую формирующую систему, пульт управления оператора 4, привод наведения 5, источник лазерного излучения 6, модулятор 7, блок программного отклонения 8, панкратическую систему 9, блоки отклонения 10, 11, блок включения 12, блок задержки 13, привод пакратической системы 14, ключи 15, 16, блок управления 17, переключатель 18, масштабирующие блоки 19, 20, индикатор дальности 21, дальномер 22, блок дальности 23, программный механизм 24, запоминающие блоки 25, 26, датчики угловой скорости 27, 28. Изобретение обеспечивает оптимизацию энергетических и динамических характеристик, повышение надежности и расширение функциональных возможностей системы передачи информации, что особенно важно при проведении конверсии военной техники и вооружения. 1 ил.

Система передачи информации, содержащая установленный на передающем пункте блок включения, источник лазерного излучения и соединенный с ним оптический модулятор, входы которых соединены с блоком включения, оптическую формирующую систему, пульт управления оператора, первый выход которого соединен с входом блока включения, привод наведения, вход которого соединен с вторым выходом пульта управления оператора, а выход с входом оптической формирующей системы, и установленный на приемном пункте приемный блок потребителя информации, оптически взаимосвязанный с оптической формирующей системой, отличающаяся тем, что в нее введены установленные на передающем пункте индикатор дальности, оптически соединенный с входом оптической формирующей системы, программный механизм, вход которого соединен с первым выходом блока включения, блок задержки, вход которого соединен с первым выходом блока включения, соединенные оптически последовательно блок программного отклонения лазерного луча, первый вход которого оптически соединен с выходом модулятора, а второй вход электрически соединен с выходом блока включения, панкратическая система, первый блок отклонения лазерного луча и второй блок отклонения лазерного луча, выход которого оптически соединен с входом оптической формирующей системы, последовательно соединенные первый датчик угловой скорости, первый запоминающий блок, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока включения и выходом программного механизма, первый масштабирующий блок и первый ключ, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым выходом блока включения и выходом блока задержки, а выход с управляющим входом первого блока отклонения лазерного луча, последовательно соединенные второй датчик угловой скорости, второй запоминающий блок, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока включения и выходом программного механизма, второй масштабирующий блок и второй ключ, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым выходом блока включения и выходом блока задержки, а выход с управляющим входом второго блока отклонения лазерного луча, последовательно соединенные блок управления, дальномер, блок дальности, второй выход которого соединен с входом индикатора дальности, переключатель, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а третий с выходом программного механизма, и привод панкратической системы, выход которого соединен с входом панкратической системы.