СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОИСКА Советский патент 1972 года по МПК G05B11/01 G05B13/02 

Предлагаемое изобретение относится к области систем автоматического управления. Оно может найти применение в тех областях технической кибернетики, где требуется произвести операции поиска, обнаружения, слежения и наведения.

Известны сканирующие устройства, содержащие модулятор, приемник, датчики, усилители, фазорасщепитель и блок управляющих токов.

Среди существующих систем практическое применение получили модулирующие устройства, обеспечивающие получение информации о величине и знаке сигнала рассогласования.

Такие системы работают удовлетворительно как при низких, так и высоких уровнях полезных сигналов, поступающих на вход системы от одиночных целей. Однако для существующих сканирующих устройств остается неразрещимой проблема помехоустойчивости и проблема множества целей. Одним из рещений этих проблем является увеличение крутизны и сужение пеленгационной характеристики устройства вблизи оси и создание ветвей пеленгационной характеристики с отрицательным наклоном в пределах поля зрения. Это позволяет цели, находящейся на краю поля зрения, менее эффективно воздействовать на координатор цели, чем цель, находящаяся в центре поля зрения. Однако рассматриваемый способ улучщения пеленгационной характеристики не рещает проблемы множества целей и проблемы помехоустойчивости, но, при прочих равных условиях, облегчает слежение за одной целью в группе целей.

В сложной ситуации поиска цели существующие устройства функционируют неустойчиво. Их работу может нарушить даже слабый градиентный фон, который действует как множество целей. В случае организации ложного источника излучения, отделяемого от основной цели, существующие сканирующие устройства становятся практически неработоспособными.

Предлагаемая разработка сканирующего устройства автоматического поиска производилась с целью расширения функциональных возможностей и сокращения времени поиска, повыщения помехоустойчивости и быстродействия, а также с целью организации режимов автономного поиска и режимов неавтономных следящих движений с локальным исследованием цели.

Поставленная цель достигается путем включения в контур управления управляемого по частоте генератора прямоугольных колебаний с одним функциональным выходом и двумя независимыми входами, один из которых подключен к выходу блока управляющих токов обратной параметрической связи, устанавливающей поисковый режим или режкм локального исследования, а второй - к выходу усилителя-преобразователя прямой параметрической связи, обеспечивающей режим следящего сканирования, а функциональный выход управляемого генератора подключен ко входу фазорасщепителя фазы информационного сигнала.

Предлагаемое устройство, работающее па принципе частотно-управляемого сканирования и анализе локальных движений, представляет собой систему автоматического поиска. В такой системе устанавливается режим автономного поиска или режим неавтономных следящих движений с локальным исследованием. В режиме автономного поиска система автоматически осуществляет поиск цели, независимо от характера движений последней. В момент захвата цели в системе устанавливается режим следящих движений и развивается процесс локальных движений, зависящих от фазовых координат цели.

Функциональная схема предлагаемого сканирующего устройства автоматического поиска приведена на чертеже.

Она состоит из высокочастотного модулятора 7 лучистого потока, двух идентичных подсистем, образующих базовый контур управления по двум каналам. Каждая подсистема включает в себя моментные датчики 2, 3 сканирующего привода координатора цели и приемника 4 лучистой энергии, усилители мощности 5, 5 и триггеры 7 и 8 фазорасщепителя. Обе подсистемы замкнуты через общий контур, состоящий из усилителя-преобразователя 9, управляемого по частоте генератора 10 прямоугольных колебаний, триггера Л фазорасщепителя и блока 12 управляющих токов.

Усилитель-преобразователь 9 со входом генератора 10 и триггером // фазорасщепителя образуют цепь прямой параметрической связи, а блок 12 управляющих токов совместно со входом генератора 10 - обратную параметрическую связь. Таким образом, базовый контур управления представляет собой нелинейную систему с прямой и обратной параметрическими связями, содержащими в неявном виде безынерционные и инерционные нелинейные элементы. Эти связи создают параметрический канал, который в базовом контуре образует контур сопроволадения и контур частотно-управляемого сканирования. Первый контур образуется за счет функционирования прямой параметрической связи, второй - за счет обратной.

Параметрический канал расширяет функциональные возможности устройства и нозволяет последнему работать в двух режимах. Первый - режим поиска, второй - режим следящего сканирования с локальным исследованием. При первом режиме в базовом контуре функционирует только обратная параметрическая связь, которая поддерживает

работу управляемого генератора в диапазоне варьируемых частот. Это позволяет системе работать на уровне макродвижений и решать задачу автоматического поиска цели. При втором режиме в базовом контуре функционируют обе параметрические связи, причем прямая связь доминирует над обратной. В этом случае в системе устанавливается максимальная глубина прямой связи и минимальная - обратной.

Процесс захвата цели характеризуется автоматическим переходом системы из первого режима во второй. Это приводит к тому, что в информационном канале уровень частоты генератора устанавливается на верхнем пределе с одновременным уменьшением диапазона его вариации. Такой режим работы управляемого генератора позволяет системе работать на уровне микродвижений, на котором обеспечивается следящее сканирование с локальным исследованием в окрестности точки излучения.

Наличие в базовом контуре прямой параметрической связи делает контур сопровождения замкнутым по информационному каналу.

Это позволяет сканирующей системе работать под воздействием текущей информации, характеризующей динамические и статические ошибки наведения координатора цели. В свою очередь, обратная параметрическая связь с малым передаточным коэффициентом расширяет поле обзора координатора цели, с большим - сужает. В режиме поиска

эта связь придает системе новое свойство - самоограничение. Самоограничение позволяет системе восстанавливать сканирующие движения с переменной скоростью и поддерживать определенный запас устойчивости, независимо от ситуации поиска. Это объясняется тем, что параметрический канал в режиме поиска периодически поддерживает работу системы на границе устойчивости или вблизи нее. В силу этого сканирующее устройство

по-новому решает проблему помехоустойчивости.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В начальный момент поиска, когда цель

не попадает в поле зрения координатора, блок 12 управляющих токов на своем выходе формирует максимальный сигнал. Последний устанавливает режим работы генератора JO на верхнем пределе управляемых частот.

Сигнал с функционального выхода генератора подается иа вход триггера // фазорасщепителя. Па каждом выходе этого триггера появляются импульсы, сдвинутые на 180 электрических градусов относительно друг друга,

частота следования которых в два раза меньше входной. Эти импульсы поступают иа вход триггеров 7, 8 фазорасщепителя, иа выходе которых формируются периодические сигналы, сдвинутые на 90 электрических градусов.

телях мощности 5, б, а затем поступают на моментные датчики 2, 3 сканируюш.его привода. Последний совместно с приемником 4 совершает сконирующие движения по замкнутой траектории. Каждому периоду сканируюntero движения соответствует четыре импульса, сформированны.х схемой фазорасщепителя.

Для организации первого периода поиска блок управляющих токов устанавливает максимальную глубину обратной параметрической связи. Последняя поддерживает работу генератора на верхнем пределе управляемых частот. Это приводит к тому, что координатор цели будет совершать сканирующие движения с высокой частотой и малой амплитудой. После первого периода поиска блок 12 автоматически уменьшает уровень сигнала на своем выходе. Изменение уровня осуществляется через канал обратной связи после каждого периода сканирования. В результате этого в системе устанавливается процесс сканирования по замкнутым траекториям с дискретным увеличением амплитуды поисковых движений. Процесс продолжается до тех пор, пока угол сканирования не достигнет заданного поля обзора, а уровень сигнала на выходе блока f2 не станет минимальным.

После окончания периода сканирования с максимальной амплптудой блок 12 автоматически обеспечивает дискретное увеличение уровня сигнала на своем выходе. В системе устанавливаются поисковые движения по замкнутым траекториям с последовательным уменьшением амплитуды. Этот процесс продолжается до тех пор, пока координатор цели не возвратится в исходное положение. Далее режим поиска пели с варьируемой амплитудой автоматически повторяется.

Таким образом, наличие обратной параметрической связи в контуре управления обеспечивает дискретное изменение угла сканирования после каждого поиска и устанавливает режим поисковых движений с переменной скоростью.

Если в ноле зрения координатора цели ноявляется источник излучения, то его лучистый поток проходит через модулятор /, а затем попадает на чувствительный элемент приемника 4. Последний преобразовывает лучистый поток в электрический сигнал.

Электрический сигнал усиливается по мощности и ослабляется от фоновых помех усилителем-преобразователем 9, содерл :ащпм устройство автоматической регулировки усиления. Постоянная составляющая полезного сигнала, полученная в результате детектирования, подается на второй вход генератора 10, с помощью которого образуется прямая параметрическая связь. Эта связь устанавливается такой, что ее глубина доминирует над глубиной обратной связи, независимо от ситуации поиска. При таком соотношении связей частота генератора устанавливается на уровне, обеспечивающим автоматический переход из режима поисковых движений в редким следящих движений с локальным исследованием цели. Время перехода системы из одного режима в другой зависит как от инерционности контура управления, так и от ситуации поиска и характера следования информационного сигнала.

В режиме следящих движений, когда чувствительный элемент приемника находится на уровне возбуждения, параметрические связи формируют локальное . Последнее движение решает задачу дополнительного исследования в окрестности точки излучения. При локальном исследовании может произойти потеря цели. В этой ситуации на выходе ycилитev я-пpeoбpaзoвaтeля исчезает сигнал прямой связи. Прямая параметрическая связь не функционирует. Блок 12 устанавливает максимальную глубину обратной связи для генератора 10, что соответствует его режиму работы на верхнем пределе управляемых частот. Такой режим работы генератора способствует организации дополнительного периода поиска в окрестности точки исчезновения сигнала. Если и в этот период поиска сигнал цели не обнаруживается, то в системе автоматически устанавливается новый поиск.

Таким образом, для устройства автоматического поиска, работающего на принципе частотно-управляемого сканирования и анализе локальных движений, характерно наличие прямой и обратной параметрических

связей.

Прямая параметрическая связь появляется косвенно через элемент управляемого по частоте генератора. Последний генерирует прямоугольные колебания с постоянной амплитудой, частота которых зависит от функции входного сигнала. Эта связь устанавливается на уровне организации режима следящих движений, совершаемых с высокой частотой и малой амплитудой. Диапазон варьируемых частот устанавливается в зависимости от динамических и статических ошибок контура частотно-управляемого сканирования. В отличие от других связей, прямая связь делает контур сопровождения замкнутым по информационному каналу.

Обратная параметрическая связь образуется между входом управляемого генератора 10 и блоком 12 управляющих токов. Паличие такой связи делает процесс частотноуправляемого сканирования зависимым от функционального выхода управляемого генератора и выхода фазорасщепителя информационного сигнала. Кроме того, обратная связь в контуре управления используется как простой и надежный способ получения варьируемого поля обзора с переменной скоростью сканирования. риацию частоты управляемого генератора н устанавливает режим следящих движений с локальным исследованием цели. Автоматический переход системы из режима поиска в режим захвата, а затем в режим следящих движений с локальным исследованием позволяет координатору выделять главные участки сканирующего ноля. Выделение участков происходит по всем направлениям ноля обзора. Это достигается тем, что координатор цели соверщает сканирующие движения с переменной скоростью, а чувствительный элемент приемника устанавливает только наличие информации без соответствующего анализа текупщх координат цели. Принцип частотно-управляемого сканирования новыщает номехоустойчивость и расщиряет функциональные возможности системы. Расширение функциональных возможностей достигается за счет вариации прямой и обратной параметрических связей. Эти связи создают параметрический канал, содержащий в неявном виде инерционные и безынерционные нелинейные элементы. Последние помогают системе формировать нелинейные законы. В зависимости от ситуации эти законы устанавливают режим автономного поиска или режим неавтоно.мных следящих движений с локальным исследованием. В режиме поиска обратная параметрическая связь поддерживает дискретное сканирование поля. Это позволяет устройству работать на границе устойчивости или вблизи нее. В силу этого сканирующее устройство по-новому рещает проблему номехоустойчивости. В момент захвата цели в системе устанавливается режим неавтономных следящих движений и развивается процесс локального исследования. Процесс развивается так, что в системе устанавливается нерегулярный тин сканирования. В этом случае нараметрический канал поддерживает частотное преобразование сигнала на уровне глубокой прямой параметрической связи, а координатор цели соверщает колебательные движения. Последние напоминают собой редукцию следящих движений, участвующих в оценке поведения цели. Параметры колебаний при прочих равных условиях находятся в прямой зависимости от нелинейных характеристик контура сопровождения и фазовых координат цели. Предмет изобретения Сканирующее устройство автоматического поиска, содержащее модулятор, подключенный к одному из входов приемника, фазорасщепитель, выходы которого через две параллельные цепочки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных триггера фазорасщепителя, усилителя и датчика, подключены к другим входам приемника, выход которого подключен к усилителю-преобразователю, и блок управляющих токов, подключенный к выходам триггеров фазорасщепителя, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей, повышения помехоустойчивости и быстродействия, оно содержит управляемый по частоте генератор прямоугольных колебаний, один вход которого подключен к выходу блока управляющих токов, другой - к выходу усилителяпреобразователя, а выход - ко входу фазорасщепителя.