СИСТЕМА СОПРОВОЖДЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G05D3/12 G01S17/66 

Изобретение относится к области систем наблюдения и сопровождения за объектами в пространстве, преимущественно с подвижного основания.

Известна телевизионно-оптическая система сопровождения со следящим стробом, содержащим телевизионную камеру, устройство обработки видеосигнала, решающее устройство, привод наведения [1] (стр. 232, рис. 7-17).

Недостатком данной телевизионной системы является недостаточная точность сопровождения объектов с подвижного основания из-за отсутствия системы стабилизации оптической линии визирования и значит динамической инерционности исполнительного привода и контура электронного слежения.

Известно также оптико-электронное устройство [2] (стр. 110-112, рис. 3.23), состоящее из связанных между собой оптико-электронного пеленгатора и привода с усилителем мощности. Эта система имеет входы приема оптического сигнала, внешнего целеуказания и коррекции. В процессе сопровождения разворот пеленгатора на объект осуществляется приводом по сигналам от пеленгатора. Недостатком этой системы является отсутствие измерителей качек, что затрудняет использование этой системы на носителях, подверженных воздействию качек. Кроме того, отсутствие функциональных блоков для выдачи точных координат объекта относительно оптической оси оптико-электронного пеленгатора не позволяет осуществлять автозахват объекта на сопровождение.

В литературе описана также следящая система [3] (стр. 231, рис. 5.22), состоящая из ряда параллельно соединенных электрических машин, одна из которых работает в режиме асинхронного преобразователя, а остальные - в синхронном режиме. Такая схема обеспечивает возможность отслеживания машинами, находящимися в синхронном режиме, положения выходного вала машины, выполняющей функцию асинхронного преобразователя. Однако в такой системе невозможно обеспечить отворот валов подслеживающих машин с различными друг от друга управляемыми величинами.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является следящая система [4] (стр. 50-67, рис. 2.1г), содержащая соединенные с общим входом силовую следящую систему и корректирующую следящую систему, причем на второй вход корректирующей следящей системы подается сигнал о положении силовой следящей системы. В такой системе вал каждого из сервоприводов при подаче соответствующего сигнала может быть отвернут на дополнительную величину, не вызывая перемещения другого сервопривода. Однако такая система не может выполнять функцию сопровождения динамичных объектов с подвижного основания из-за отсутствия устройства, определяющего положение объекта, который нужно сопровождать. Кроме того, даже в случае введения пеленгатора качественное сопровождение не может быть обеспечено, так как отсутствует необходимая динамическая коррекция и нет преобразователей координат из измерительной системы координат пеленгатора в исполнительные системы координат сервоприводов.

Техническим результатом, достигаемым в результате применения предлагаемого изобретения, является обеспечение возможности автосопровождения объекта, стабилизация линии визирования, уменьшение динамических ошибок сопровождения, обеспечение возможности отворота силового привода от направления на объект без перерыва процесса сопровождения.

Для достижения указанного результата в систему, содержащую силовой и корректирующий сервоприводы, причем силовой привод имеет дополнительный выход, введены рубка с установленной на ней с возможностью поворота платформой, на которой закреплен пеленгатор, последовательно соединенные первый преобразователь координат, корректирующее устройство и второй преобразователь координат, а также третий преобразователь координат, также соединенный с выходом корректирующего устройства. При этом рубка кинематически связана с силовым сервоприводом (приводом рубки), второй выход которого соединен со вторым входом третьего преобразователя координат, платформа кинематически связана с корректирующим сервоприводом (приводом платформы), выход пеленгатора соединен со входом первого преобразователя координат, выходы второго и третьего преобразователей координат соединены соответственно со входами приводов рубки и платформы, а привод рубки имеет дополнительный вход. При этом первый преобразователь координат обеспечивает пересчет из измерительной системы координат пеленгатора в стабилизированную систему координат, второй преобразователь координат перечитывает стабилизированные координаты в исполнительную систему координат рубки, а третий преобразователь координат пересчитывает стабилизированные координаты в исполнительную систему координат платформы.

На чертеже приведена функциональная схема для одного канала предлагаемой системы сопровождения.

Она состоит из последовательно соединенных пеленгатора 1, первого преобразователя координат (ПК1) 2, корректирующего устройства (КУ) 3, второго преобразователя координат (ПК2) 4, первого сервопривода (ПрР) 5 рубки 6, последовательно соединенных третьего преобразователя координат (ПКЗ) 7, второго сервопривода (ПрПл) 8 платформы 9. При этом пеленгатор закреплен на платформе, имеющей возможность поворота относительно рубки, первый вход третьего преобразователя координат соединен с выходом корректирующего устройства, а второй вход - со вторым выходом привода рубки, который также имеет дополнительный вход.

Все используемые составные части системы сопровождения являются известными либо могут быть получены из известных устройств путем их объединения известными методами.

Пеленгатор может быть устройством обработки видеосигнала, как это описано в [1], быть радиолокационным (см., например, [2], стр.89-106), лазерным, ультразвуковым и т.д. Реализация преобразователей координат подробно описана в [5]. Корректирующее устройство может быть рассчитано, исходя из точностных и динамических требований к системе сопровождения, методами, изложенными в [6] , и реализовано в аналоговой (см. [7]) или цифровой форме. Рубка и платформа могут представлять собой устройства типа сферической опоры, маятникового или карданова подвеса и т.п. Сервоприводы могут быть пневматическими, гидравлическими, электрическими, в том числе с использованием двух- и трехкоординатных моментных двигателей и т.п.

Работа системы сопровождения происходит следующим образом.

После попадания объекта в поле обзора пеленгатора 1 он выдает сигнал о его координатах относительно поля обзора в первый преобразователь координат 2. ПК1 осуществляет пересчет из измерительной системы координат (ИСК) пеленгатора в стабилизированную сферическую или декартову систему координат. Это позволяет учесть качки, действующие на подвижный носитель. Математическое описание первого преобразователя координат для перевода в сферическую СК может быть представлено в форме (1):

где δε, δβ - сигналы рассогласования в измерительной системе координат;
δε_c, δβ_c - сигналы рассогласования в стабилизированной сферической системе координат;
γ - угол скрутки измерительной системы координат (см.[5], стр.138).

Перевод из сферической СК в прямоугольную может быть получен произведением дальности на тангенсы соответствующих углов. В корректирующем устройстве 3 сигнал, поступающий с выхода ПК1, усиливается и сдвигается необходимым образом по фазе. После чего полученное значение подается на входы второго 4 и третьего 7 преобразователей координат. В ПК2 осуществляется пересчет из стабилизированной сферической в исполнительную систему координат рубки. Эти преобразования для случая перевода из стабилизированной сферической в нестабилизированную сферическую могут быть осуществлены по зависимостям (2):

где ε_н, q_н - углы наведения исполнительного устройства в НССК;
ε_c, β_c - углы наведения исполнительного устройства в СССК;
α, ψ, θ - углы курса, тангажа и крена носителя соответственно.

Пересчет из декартовой системы координат может быть проведен по аналогичным зависимостям после пересчета линейных координат в угловые. В ПК3 осуществляется пересчет координат из стабилизированной сферической в исполнительную систему координат платформы относительно рубки. Для случая, когда платформа имеет две степени свободы и соосна с рубкой, преобразования могут быть описаны зависимостями (3):

где q_р - угол поворота рубки.

В случае смещения и относительного наклона осей рубки и платформы, а также при пересчете из декартовой СК зависимости (3) могут несколько усложниться. Следует отметить, что необходимые для измерения качек носителя и дальности до объекта (в том числе и для учета параллаксов) приборы могут как входить в состав пеленгатора, так и находиться вне его.

Использование преобразователей координат позволяет учесть качки носителя и скомпенсировать их, разгрузив тем самым пеленгатор и уменьшив в результате его ошибки. Дальнейшая работа происходит в таком порядке. Сервопривод 5 рубки разворачивает пеленгатор на объект таким образом, чтобы он оказался в центре поля обзора. Если в процессе сопровождения возникают ошибки, их отрабатывает сервопривод 8 платформы. Поскольку платформа обладает меньшей инерционностью по сравнению с рубкой, а уровень возмущений на платформу также меньше, ошибка сопровождения объекта существенно уменьшается.

Рассмотрим теперь случай, когда в процессе сопровождения требуется осуществить отворот рубки на некоторый угол. Для этого на дополнительный вход привода 5 рубки подается сигнал извне. Рубка 6 отворачивается от направления на объект и фактическое значение величины поворота одновременно выдается в третий преобразователь координат 7. ПК3 в этом случае формирует сигнал управления с учетом отклонения положения рубки от линии визирования на объект. Привод 8 платформы отрабатывает этот сигнал и объект оказывается вблизи центра поля обзора. Естественно, что в случае снятия сигнала на отворот рубки 6 она возвращается на углы, соответствующие положению линии визирования на объект.

Таким образом, описанная система обеспечивает возможность автосопровождения объекта с подвижного носителя, позволяет осуществить без перерыва сопровождения отвороты рубки относительно линии визирования, а также повысить точность сопровождения за счет двухкаскадного построения системы и обеспечения стабилизации линии визирования.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Барсуков Ф. И. , Величкин А.И., Сухарев А.Д. "Телевизионные системы летательных аппаратов", М. , "Советское радио", 1979, стр. 232, рис. 7.17, аналог.

2. Максимов М. В., Горгонов Г.И. "Радиоэлектронные системы самонаведения", М., "Радио и связь", 1982, стр. 110-112, аналог.

3. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. "Общий курс электропривода", М., "Энергоиздат", 1981, стр. 231, рис. 5.22, аналог.

4. Новоселов Б. В. "Проектирование квазиоптимальных следящих систем комбинированного регулирования", М., "Энергия", 1972, стр. 50-67, рис. 2.1г, прототип.

5. Ривкин С.С. "Стабилизация измерительных устройств на качающемся основании", М., "Наука". 1978.

6. Бесекерский В.А., Попов Е.П. "Теория систем автоматического регулирования", М., "Наука", 1973.

7. Тетельбаум И. И. , Шнейдер Ю.Р. "400 схем для АВМ", М., "Энергия", 1978.

Изобретение относится к области систем наблюдения и сопровождения за объектами в пространстве, преимущественно с подвижного основания. Технический результат заключается в стабилизации линии визирования и уменьшении динамических ошибок сопровождения. Система сопровождения содержит рубку с установленной на ней с возможностью поворота платформой, на которой закреплен пеленгатор, преобразователь координат из измерительной системы координат пеленгатора в стабилизированную систему координат, корректирующее устройство, преобразователи координат из стабилизированной в исполнительную систему координат рубки и платформы, а также первый сервопривод, кинематически связанный с рубкой, и второй сервопривод, кинематически связанный с платформой. 1 ил.

Система сопровождения, содержащая силовой и корректирующий сервоприводы, причем силовой привод имеет дополнительный выход, отличающаяся тем, что в ее состав введены рубка с установленной на ней с возможностью поворота платформой, на которой закреплен пеленгатор, последовательно соединенные преобразователь координат из измерительной системы координат пеленгатора в стабилизированную систему координат, корректирующее устройство и преобразователь координат из стабилизированной в исполнительную систему координат рубки, а также преобразователь координат из стабилизированной в исполнительную систему координат платформы, также соединенный с выходом корректирующего устройства, при этом рубка кинематически связана с силовым сервоприводом, второй выход которого соединен со вторым входом преобразователя координат из стабилизированной в исполнительную систему координат платформы, платформа кинематически связана с корректирующим сервоприводом, выход пеленгатора соединен со входом преобразователя координат из измерительной системы координат пеленгатора в стабилизированную систему координат, выходы преобразователя координат из стабилизированной в исполнительную систему координат рубки и преобразователя координат из стабилизированной в исполнительную систему координат платформы соединены соответственно со входами силового и корректирующего сервоприводов, а силовой сервопривод имеет дополнительный вход.