Адаптивная оптическая следящая система Советский патент 1993 года по МПК G01S17/06 

.Изобретение относится к области квантовой радиотехники и может быть использовано в информационных и измерительных устройствах.

Известна адаптивная оптическая система, содержащая решетку из N когерентных излучателей, в каждый канал которой вводятся модулирующие пробные сигналы н.а

частотах wi, .... для создания фазовой модуляции с помощью фазовых модуляторов, управляемые входы которых соединены с выходами модулирующих генераторов. Модулированный по фазе сигнал от каждого излучателя передающей апертуры интерфе.рирует с сигналами всех остальных излучателей .и создает пространственную интерференционную картину. ,д.л/ ..., ,

Отраженный от цели сигнал регистрируется оптическим приемником. С выхода оптического приемника электрический сигнал поступает через матрицу полосовых фильтров, синхронные детекторы на фильтры нижних частот, которые выделяют сигналы ошибок в каждом кан але ...ч,,:;;;;; ;.,-: -:. . -.

Зфнчт KmBmSJn( фт ф топ), (1)

где Km - коэффициент передачи цепи, поло- совой фильтр-синхронный детектор-фильтр

нижних частот, Вт ( X. А| + Нт) Am

Нп

амплитудный множитель,NN .:. . : :. -

-Y V АкА|Срз( (рк. р у-параметрадаптаk 1i i ;,,. -;/-; .. /Г: -;...; ции, / m полный набег фазы вдоль траек тории распространения в m-ном оптическом

. --. . N: : : - ... - . .-: ..

канале, ртоп- л /(N-1)-опорная фаза

..;:, .; -- - . для rn-ного канала, ам плйтуда и пблярность которых задают фа зовую коррекцию, вносимую в каждый канал фазовыми модуляторами. . . .. .

Результатом работы системы является выравнивание длины оптических путей от всех излучателей . При этом режиме слежение за объектом осуществляется в пределах диаграммы направленности отдельного излучателя. В устройстве-прототипе слежение за объектом происходит широких пределах по азимуту (0-2 п) и углу места ( ). Причем информацию о смещении объекта по азимуту несут два канала, управляющие фазами крайних излучателей, расположенных на оси X, по углу места два канала, управляющие фазами диаметрально расположенных на оси Y излучателей.

Разности сигналов ошибки на выходах фильтров нижних частот соответствующих каналов, несущих информацию о смещении объекта по азимуту (углу места)

5фнчп Зфнчт - KnBnSln( pn - ) KmBmSin( )(2)

подаются через усилители мощности на двигатели коррекции по азимуту (углу места)

5 положения решетки, которые сводят к О эти разности, разворачивая решетку излучателей.

Выражение (2) при приближении системы к концу процесса адаптации, когда

О РОШП рпоп малы и когда В Вп Вт (используется автоматическая регулировка усиления в каналах), можно переписать в виде ; ; :.; ... :.

.j.Зфнчп Зфнчт - КтВ рошт КпВ(ошт - ошп )- .ДКВуйошт- (3) ГдеКт Кп+ АК. : ;. - /

Как видно из выражения (3), различие в коэффициентах усиления ДК в электронной

20 части схемы от входов полосовых фильтров до выходов фильтров нижних частот приводит к уменьшению; точности слежения за объектом на величину АКБ ошт Это является недостатком описанного устройства.

25 Цель изобретения-повышение точности слежения за объектом по угловым коор- :динатам.;: . f.: -. -;;: ; : .;. ,-::;

: Поставленная цель достигается введением коммутатора, сумматора, блока кр30 манд, ключа и элементов И, а в первый и второй каналы управления введены регулируемый усилитель, блок памяти, переключатель и пороговый блок, при этом выход оптического приемника соединен с первым

35 входом коммутатора,;второй вход которого соединен с выходом сумматора, четвертые выходы первого и второго каналов управления соединены с одноименными входами элементами 1/1, выход которого через ключ

40 соединен с управляющими входами первого и второго каналов управления и коммутатора, пятый и шестой выходы первого канала управления соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, пятый

45 и шестой выходы второго канала управления соединены соответственно с третьим и четвертым входами сумматора, первый вход

:.-. блока команд соединен с синхровходами первого и второго каналов управления, вто50 рой выход блока команд соединен с управляющим входом ключа, в каждом из каналов управления выход первого полосового фильтра соединен с вторым входом первого синхронного детектора через управляемый

55 усилитель, выход блока вычитания соединен с входами порогового блока и переключателя, первый выход которого соединен с входом блока памяти, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого усилителя, второй вход переключателя соединен с входом усилителя мощности, а управляющим входом, синхровходом и четвертым, пятым и шестым выходами каждого из пе рвого и второго каналов управления соответственно являются управляющий вход пе- реключателя, синхровхрд блока памяти, вь ход порогового блока, выход первого генератора и выход второго генератора.

На чертеже представлена схема системы. ...- : ; . : .,-; , . .. Система содержит решетку из N коге- 1тных излучателей 1, элементы излучаю- й апертуры 2, фазовые модуляторы 3, ический приемник 4, сумматоры 5, 13, 33, коммутаторы 6, 26. блок команд 7, переключатель 8, элемент И 9, первый канал

ре

,Щ

оп

14

Дв

.1.0

му ме .15 бл эк памяти 19, синхронные детекторы 20,

управления положением решетки по азиу, второй канал 11 управления по углу

;та, каналы фокусировки 12, генераторы

1В, 34, полосовые фильтры 17, 18, 30,

21 31, регулируемый усилитель 22, фильтры нижних частот 23,24, 33, блок вычитания 25, по эоговый блок 27, усилитель мощности 28,

лгатель 29.

Решетка из W когерентных излучателей 1 оптически связана .с матрицей фазовых мсщуляторов 3, которые управляются электрическими сигналами с выходов сумматоров 13:,- 14, 33. Выход оптического

пр

му

в

темника подсоединяется с помощью кбм

гатора б к полосовым фильтрам 1.7.18, 30

в режиме Слежения; ,: .. . . .. В дальнейшем рассмотрим работу устроче первого канала управления по азимуту, так

icTSa как в статическом, так и вдинами- :ком состоянии на примере работы

ка работа второго канала управления по углу места аналогична.. : Регулируемый усилитель 22 обеспечивает выравнивание коэффициентов усилений в адаптивных каналах управления фа шми в режиме подготовки системы к ра-: бон бив режиме слежения за объектом, Син- хрс иные детекторы 20, 21 выполняют роль перемножителей двух .гармонических колебаний, одно из которых амплитудно-моду- л и эо в а н н о е, а другое -: о по р но е от модулирующих генераторов 15, 16. После перемножения двух синусоидэльных коле- 6at-ий с одинаковой частотой получается cyivMa постоянной составляющей и колебаний удвоенной час тоты, Для выделения ква- зиг остоянных: составляющих; так как в наием случае амплитуда сигнала меняется во иремёнй, служат фильтры нижних частЬт 23, J24. Блок вычитания 25 является управляющим блоШм дл я двигателя коррекции по ази муту-положения решетки 29, для нор- магьной работы которого служит усилитель

мощности 28, Блок команд 7 обеспечивает вместе с переключателем 8, элементом И 9, пороговым блоком 27, коммутаторами 6, 26, сумматором 5 и регулируемым усилителем 22 выравнивание коэффициентов передачи в адаптивных каналах. Блок памяти 19 выдает информацию о неидентичности коэффициентов передачи адаптивных каШл6:в нас регулируемый усилитель 22 как в режиме

подготовки системы к работе, так ив режи- ме.слежения, В исходном состоянии предполагается, что блок памяти обнулен.

Устройство работает следующим образом. При подготовке системы к работе с

выхода блока команд 7 подается сигнал на

переклю.чатедьЗ, котбрый управляет коммутаторами 6, 26. Коммутатор 6 подсоединяет

выходы генераторов 15, 16 через сумматор

5 на вход первого канала управления 10.

Сигналы с генераторов 15,16 пропускаются через полосовые фильтры 17, 18, настроен - ныё на мбдуййрующиё частоты uJi , сйз ср- ртветственно.. Сигналы с выходов полоеовых фильтров 17, 18, которые равны

соответственно . ....

Si7 BsinoM t, - .......... .. .... ,Sl8 Bs|.n 6«3 t, . (4) . пбда ются на входу син х рйнн ы : детёкто рбв 20, 21, которые управляются генераторами

15,. 16. Фильтры нижних частот23, 24 выде- ляют сигналы ошибки, обусловленные неи- дентичностыр каналов, которые соответственно равны

S23-KiB,

324 ;КзВ,(5) где Ki, Кз - коэффициенты передачи цепи: полосовой фильтр-синхронный детектор - фильтров нижних частот первого и третьего адаптивных каналов. На выходе блока вычи-.

тания 25 появляется сигнал разности, который несет информацию о неидентичности . коэффициентов передачи адаптивных кана- лов л определяется

-S24 К{В - КзВ ВА) (6) .

Сигнал, с выхода блока вычитания 25 поступает через коммутатор 26 на блок па- мяти 19, с выхода которого проходит на вход .регулируемого усилителя 22. При достижении минимального уровня сигнал с блока .

вычитания 25 поступает через пороговый блок 27 на элемент И 9, на второй вход которого поступает сигнал со второго канала управления 11. Когда скорректированы адаптивные каналы управления по азимуту

и углу места, тогда сигнал с выхода элемента И 9 поступает на переключатель 8, который переводит коммутаторы 6, 26 в режим еле-, жения за объектом, при котором выход оптического- приемника 4 подключается к

адаптивным каналам управления. Причем в этом режиме на управляющий вход регулируемого усилителя 22 поступает управляющий сигнал коррекции с выхода блока памяти 19.

В режиме слежения системы за объектом ее работа аналогична работе устройства-прототипа. При слежении объекта в картинной плоскости относительно оси излучающей апертуры на выходах фильтров нижних частот 23 и 24 для канала управления по азимуту появляются сигналы, которые подаются на блок вычитания 25, на выходе которого сигнал пропорционален смещению объекта по азимуту/Этот сигнал через коммутатор 26 поступает на усилитель

мощности 28, который усиливает его до величины, необходимой для нормальной работы двигателя коррекции по азимуту 29. Двигатель коррекции по азимуту разворачивает решетку излучателей передающей

апертуры1 Таким образом, чтобы совместить максимум диаграмм направленности с центром излучения апертуры.

:,-. :, -: ;.-.:, : -::;.: :; :/ху; :

Формул з и з о б р ё f е н и я . Адаптивная оптическая следящая система, содержащая решётку из когерентных из- лучателей, N фазовых йодуляторовГ оптический приёмник, N-4 каналов фокуси-

ровки и первый и второй каналы управления, первый и второй выходы первого канала управления соединены с управляю- щими входами первого и третьего фазовых модуляторов, первый и второй выходы вто рого канала управления соединены с управ- ляющйми входами .соответственно второго и четвертого фазовых модуляторов, выходы каждого из каналов фокусировки соединены с управляющими входами соотвётсТву- ющих остальных из N фазовых Модуляторов, третьи выходы первого и второгв. каналов управления соёДинён ы механически с решёткой из N когерентный излучателей, первый и второй каналы управления содержат первый и второй полосовые фил ь тры, первый и второй синхронные детекторы, первый и второй фильтры нижних частот, первый и второй блоки сложения, первый и второй генераторы, блок вычитания и после- довательно соединенные усилитель мощности и двигатель, при этомI выход первого синхронного детектора через первый фильтр нижних частот соединен с первыми входам.и блока вычитания и .первого блока елбжён ия, вы хрд п ёр вбго генератора соёди- нён с втдрым вхбдбм первого блока сл6жёния и пёрҐым входом перво/о синхрбннЬго деТёктбра, выход второго синхронного де- тё тб расЬёдйнен через второй фильтр ниж- ййх:частот с первым входом второго блока

сложения и втбр ьГмвхЬдбм блока вЫчйта- кия, выход второго генератора соединён с первым вхрдбм второго сйнхроннбгб детек- тбрйi и ifбрым входом вторбгр блока слбже- ния, выход втбрбгб пблбсоёбгб фильтра соединен 6 первым входом втброго синхроннбгб дётектбра, а входом и первым вторым и третьим выходами каждосб из каналов управления соответственно являются соединенные между собой входы первого и второго полосовых фильтров, выходы первого и второго блоков сложения и выход двигателя, а каждый из N-4 каналов фокусировки со- держитхенератор и последовательно соединенные полосовой фильтр, синхронный детектор, фильтр нижних частот и блок сложения, при этом выход генератора соединен с вторыми входами синхронного детектора и блока сложения, а входом и. выходом каждого из. N-4 каналов фокусировки соответственно являются вход полосового фильтра и выход блока сложения, о тли ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности слежения за объектом по угловым координатам, введены коммутатор, сумматор, блок команд, ключ и элемент И, а в первый и второй Каналы управления введены регулируемый усилитель, блок памяти, переключатель и пороговый блок, при этом выход оптического приемника соединен.с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом сумматора, четвертые выходы первого и второго каналов управления соединены с входами элемента И, выход торогб через ключi соединен с управляющими входами первого и второго каналов управления и коммутатора, пятый и шестой выходы первого канала управления соединён у соответственно с первым, и вторым входами сумматора, пятый и шестой выходы второго канала управления соединены соответственно с третьим й Чётвертым входами .сумматора, первый выход блока.команд со- единен с управляющим входом кл1бча, в каж-- дом из каналов управления выход nepsWo : полосового фильтра соединён.с втЬрым входом первого синхронного детектора:ч ёрёз. регулируемый усилитель, выход блока вычй- : тания соединен с входами пб рогбвбгб блока и .переключателя, первый выхбд которогб соединён с входЬм блока памяти, выход которого соединён с управляющим входом

регулируемого усилителя, второй вход пере-каналов управления соответственно явля ключателя соединен с входом усилителяются управляющий вход переключателя,

ощности, а управляющим входом, синх-синхровход блока памяти, выход пброговоровходом и четвертым, пятым и шестым вы-го блока, выход первого генератора и выход

ходами каждого из первого и второговторого генератора.