Способ формирования сигнала модуляции излучения ортогональных сканирующих лучей в системах телеориентирования управляемых объектов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к дистанционному управлению объектами и, в частности, к элементам систем телеориентирования малогабаритных летательных аппаратов. Цель изобретения - упрощение технической реализации и уменьшение энергопотребления при одновременном расширении функциональных возможностей. Цель достигается тем, что кодовые значения P_i, подлежащие передаче, в зоне управления формируют для каждого из ортогональных сканирующих лучей через заданный интервал дискретизации T_G путем преобразования значения суммы результата умножения в каждой точке дискретизации соответствующих значений программной дальности до управляемого объекта на значение углового отклонения сканирующего луча в пространстве относительно опорного направления и значения корректирующих сигналов в этих точках, а последовательную передачу кодовых значений P_i производят непрерывно с обновлением информации о величине периода в точках дискретизации, за пределами зоны управления формируют P_i = 0. Способ реализуется в устройстве, содержащем первый и второй блоки хранения и выдачи информации, синхрогенератор, первый и второй управляемый делитель частоты, первый и второй регистры, первый и второй формирователи импульсов, формирователь стробирующего сигнала, формирователь текущего времени, блок умножения и сумматор. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к дистанционному управлению объектами и, в частности, к элементам систем телеориентирования малогабаритных летательных аппаратов.

В технике дистанционного управления широкое применение нашел способ телеориентирования управляемых машин и аппаратов в оптическом луче (см., например, "Управление машинами при помощи оптического луча", С.Т.Цуккерман, А.С.Гридин, г.Ленинград, "Машиностроение", 1969 г.), сущность которого заключается в том, что прожектор, ориентированный в нужном направлении, излучает оптический поток, модулированный таким образом, что каждой координате в пределах его поля излучения соответствует определенное значение информативного параметра, например, частоты модуляции сигнала. В современных системах телеориентирования заполнение оптическим потоком зоны, в которой осуществляется телеориентирование, производится путем сканирования зоны модулированными плоскими лучами (несущими информацию о координатах в декартовой системе) поочередно во взаимно- перпендикулярных направлениях. Излучение производится импульсными посылками. В качестве информативного параметра используются длительности интервалов времени между соседними импульсами.

При известных законе изменения дальности до управляемого объекта и законе изменения положения плоского луча по углу в процессе его сканирования, информация о координатах, подлежащая последовательной передаче в луче, может быть представлена в виде постоянного информационного массива данных.

Решение задачи формирования сигнала модуляции излучения, представляющего собой периодно-модулированный сигнал, в таких системах телеориентирования может быть осуществлено с помощью известного способа преобразования параллельного кода, извлекаемого из информационного массива, в периодно-модулированный сигнал и устройства для его осуществления (патент N 2051471).

В основе известных способа и устройства лежит прием информационного массива кодовых значений параллельного кода в виде блока по N = m·n бит, где m - число кодовых посылок; n - разрядность кодовых посылок, запоминание блока информационного массива в устройстве хранения и выдачи информации, преобразование принятого массива кодов в m периодов переменного напряжения, длительность T_i каждого из которых зависит от кодового значения передаваемого n - разрядного кода P_i которое лежит в диапазоне 0<P<2-1 и модуляция подученным сигналом некоторой поднесущей.

Эти способ и устройство являются наиболее близкими по технической сути к предлагаемым способу и устройству для его осуществления и выбраны в качестве прототипа.

Известные способ и устройство имеют недостаток, который заключается в следующем. При использовании их для точного управления объектов на значительных расстояниях аппаратурная реализация получается громоздкой и энергоемкой.

Так, при управлении, например, на расстоянии, при котором для обеспечения заданного качества управления требуется иметь 500 байт информации программной дальности и 1000 байт информации по углу, информационный массив по каждой из декартовых координат должен содержать порядка 0,5 Мб информации, по двум координатам - 1 Мб.

Запоминание такого объема информации в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), удовлетворяющем заданным эксплуатационным требованиям (температурный диапазон, стойкость к спецвоздействиям и т.п.), требует использования интегральных микросхем памяти типа 556РТ7 (2 кбайт, ток потребления ≈ 130 мА). Использование указанного типа микросхем для запоминания 1Мб информации требует 500 микросхем и 65 А потребляемого тока, что совершенно неприемлемо по габаритам и энергопотреблению для систем телеориентирования малогабаритных управляемых объектов. Кроме того, при использовании известных способа и устройства невозможно передавать на управляемый объект априори неизвестные текущие корректирующие сигналы, например, направление и скорость ветра, направление и скорость перемещения линии визирования и т.п.

Целью изобретения является упрощение технической реализации и уменьшении энергопотребления при одновременном расширении функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что в известном способе формирования сигнала модуляции ортогональных сканирующих лучей в системах телеориентирования управляемых объектов, включающем последовательную передачу кодовых значений P_i в виде периодов T_i импульсного напряжения, зависящих от соответствующего значения n - разрядного кода по закону T_i = T_о·P_i, где T_о - период опорной частоты; P_i кодовое значение n - разрядного кода (0<P<2-1),
формируют для каждого из ортогональных сканирующих лучей через заданный интервал дискретизации T_g кодовое значение P_i, подлежащее передаче в зоне управления объектом, путем преобразования в кодовые значения суммы результата умножения в каждой точке дискретизации соответствующих значений программной дальности до управляемого объекта на значение углового отклонения сканирующего луча в пространстве относительно опорного направления и значения корректирующего сигнала в этих точках, а последовательную передачу кодовых значений P_i в виде периодов импульсного напряжения производят непрерывно с обновлением информации о величине периода в точках дискретизации, если T_g≅T_i, если же T_g>T_i, информацию о периоде T_i, например, повторяют до следующей точки дискретизации, где информация обновляется, за пределами зоны управления формируют P_i=0.

Для достижения указанного результата в устройство, содержащее первый блок хранения и выдачи информации, синхрогенератор и первый управляемый делитель частоты, дополнительно введены первый регистр, первый формирователь импульсов, формирователь стробирующего сигнала, последовательно соединенные второй регистр, второй управляемый делитель частоты, второй формирователь импульсов, а также последовательно соединенные формирователь сигнала текущего времени, второй блок хранения и выдачи информации, блок умножения, сумматор, K - старших разрядов которого соединены со входами формирователя стробирующего сигнала, выход которого соединен с управляющим входом первого блока хранения и выдачи информации, а C - младших разрядов сумматора соединены с адресными входами первого блока хранения и выдачи информации, информационные выходы которого через первый регистр соединены с информационными входами первого управляемого делителя частоты и через второй регистр соединены с информационными входами второго управляемого делителя частоты, выход первого управляемого делителя частоты соединен со входом первого формирователя импульсов, выход которого является первым выходом устройства, выход второго управляемого делителя частоты соединен со входом второго формирователя импульсов, выход которого является вторым выходом устройства, при этом первый выход синхрогенератора соединен с синхронизирующими входами первого и второго регистров, первого и второго управляемых делителей частоты, первого и второго формирователей импульсов, а второй выход синхрогенератора соединен с управляющим входом второго регистра, третий выход синхрогенератора соединен с управляющим входом первого регистра, при этом группа четвертых выходов синхрогенератора подключена к синхронизирующим входам сумматора, группа пятых выходов синхрогенератора подключена к синхронизирующим входам блока умножения, вместе с тем вторые входы сумматора является вторыми информационными входами устройства, первые входы блока умножения является первыми информационными входами устройства, а первый и второй входы формирователя текущего времени являются синхронизирующими входами устройства.

На фиг. 1 дана структурная схема устройства для формирования сигнала модуляции излучения; на фиг. 2 - эпюры сигналов в характерных точках схемы.

В состав устройства входят формирователь сигнала текущего времени 1, второй блок хранения и выдачи информации 2, блок умножения 3, синхрогенератор 4, сумматор 5, формирователь стробирующего сигнала 6, первый блок хранения и выдачи информации 7, первый регистр 8, второй регистр 9, первый управляемый делитель частоты 10, второй управляемый делитель частоты 11, первый формирователь импульсов 12, второй формирователь импульсов 13, первый синхронизирующий вход устройства 14, второй синхронизирующий вход устройства 15, первые информационные входы устройства 16, вторые информационные входы устройства 17, первый выход устройства 18, второй выход устройства 19.

Рассмотрим работу устройства на примере формирования сигналов модуляции излучения по одной из декартовых координат, совпадающей с одним из направлений сканирующего луча.

При подаче на второй синхронизирующий вход устройства 15 сигнала "Пуск" (фиг.2, эпюра 1) формирователь сигнала текущего времени 1 начинает формировать двоичный код текущего времени путем счета опорных импульсов, поступающих на первым синхронизирующий вход устройства 14 (фиг.2, эпюра 2). Период следования опорных импульсов стабилен и соответствует периоду сканирования T_ск плоским лучом пространства, в котором осуществляется телеориентирование управляемого объекта. На эпюре 3 приведен пример закона изменения во времени положения плоского луча в пространстве относительно опорного направления. В варианте реализации формирователь сигнала текущего времени выполнен на базе двоичных счетчиков. Двоичный код с выходов блока 1 поступает на адресные входы второго блока хранения и выдачи информации 2, выполненного в варианте реализации на базе постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), в который предварительно занесена информация о зависимости программной дальности до управляемого объекта от текущего времени с момента старта.

С выходов блока 2 текущий двоичный код дискретного значения программной дальности до управляемого объекта (примерная зависимость программной дальности от времени приведена на эпюре 4) поступает на вторые входы блока умножения 3, на первые информационные входы 16 которого поступает двоичный код дискретного положения луча в пространстве по одной из декартовых координат.

В течение интервала времени, равного одному периоду сканирования луча T_ск блок умножения осуществляет поочередное умножение всех значений двоичных кодов дискретного положения луча в пространстве на текущий двоичный код дискретного значения программной дальности, сохраняющем неизменное значение в течение одного периода сканирования луча. В варианте реализации блок умножения выполнен на базе серийно выпускаемого интегрального цифрового умножителя типа 1802ВРЗ.

Для обеспечения функционирования блока умножения на его синхронизирующие входы подаются синхросигналы с пятых выходов синхрогенератора 4, выполненного в варианте реализации на базе автоколебательного генератора опорной частоты с периодом T_о и распределителя импульсов.

С выходов блока 3 текущий двоичный код декартовой координаты (подлежащей передаче в луче), поступает на вторые входы сумматора 5. На первые входы сумматора, являющиеся вторыми информационными входами устройства 17, поступает двоичный код корректирующего сигнала. Вид сигнала на выходе сумматора приведен на эпюре 5 для случая, когда корректирующий сигнал равен нулю.

Синхронизация сумматора осуществляется импульсами с группы четвертых выходов синхрогенератора.

С выходов K-старших разрядов сумматора двоичный код поступает на формирователь стробирующего сигнала 6, который вырабатывает стробирующий сигнал (фиг.2, эпюра 6) при превышении сигналом на выходе сумматора порогового значения A, соответствующего границе зоны управления объектом. Этот сигнал поступает на управляющий вход первого блока хранения и выдачи информации 7.

С выходов C-младших разрядов сумматора двоичный код поступает на адресные входы первого блока хранения и выдачи информации 7, который осуществляет преобразование двоичных кодов с выходов сумматора в кодовые значения сигнала модуляции P_i (фиг.2, эпюра 7). В варианте реализации блок 7 выполнен на базе ПЗУ.

Кодовые значения P_i двоичного кода с информационных выходов блока 7 записываются в первый регистр 8 импульсом с первого выхода синхрогенератора, при наличии на управляющем входе первого регистра 8 импульса с третьего выхода синхрогенератора.

Стробирующий сигнал (сигнал логической "1") с выхода формирователя 6, выполненного на базе логической схемы исключающее ИЛИ и элемента И, воздействует на блок 7 таким образом, что на его выходах появляется двоичное значение кода нуля (кодовое значение P_i=0). При подаче кода нуля на информационные входы блока 10 сигнал на первом выходе устройства 18 не формируется. Таким образом, за пределами зоны управления с целью экономии ресурса излучателей сигнал излучения не формируется.

В пределах зоны управления двоичные коды с выходов регистра 8 поступают на информационные входы управляемого делителя частоты 10, который вырабатывает последовательность импульсов, период следования которых линейно зависит от текущих кодовых значений P_i. Синхронизация работы управляемого делителя 10 осуществляется тактовым импульсом с первого выхода синхрогенератора 4.

Первый управляемый делитель частоты 10, структурная схема которого приведена на фиг.3, включает в себя схему сравнения 20, двоичный счетчик 21, первый элемент И 22, второй элемент И 23, третий элемент И 24, задатчик кода 25, информационные входы 26, вход синхронизации 27, выход 28.

Управляемый делитель частоты 10 работает следующим образом.

Текущий двоичный код с кодовым значением P_i выхода регистра 8 подается на информационные входы 26 первого управляемого делителя частоты 10, которые связаны со вторыми входами схемы сравнения 20 и со входами первого элемента И. На первые входы схемы сравнения 20 поступает двоичный код с выходов счетчика 21, который работает в режиме счета периодов T_о импульсов опорной частоты, поступающих на вход синхронизации 27 с первого выхода синхрогенератора 5. В момент равенства двоичного кода на выходе счетчика 21 значению P_i схема сравнения 20 вырабатывает импульс, который через второй элемент И 23 поступает на управляющий вход двоичного счетчика 21 и одновременно через третий элемент И 24 - на выход 28 первого управляемого делителя частоты 10. При этом в счетчик 21 записывается код "О", так как информационные входы счетчика подключены к выходам задатчика кода 25, выполненного, например, в виде набора логических элементов, формирующих на выходе двоичный код "О". После этого счетчик снова переходит в режим счета периодов T_о импульсов опорной частоты до момента равенства кодов на входах схемы сравнения 20.

Таким образом формируется последовательность импульсов, период следования которых равен T_i=T_о·P_i.

В момент времени, когда сигнал на выходе сумматора становится больше порогового значения А, с выходов регистра 8 на информационные входы 26 первого управляемого делителя частоты 10 поступает двоичный код с кодовым значением P_i= 0. При этом первый элемент И 22 вырабатывают логический сигнал, который обнуляет счетчик 21 и запрещает прохождение возникающего в этот момент на выходе схемы сравнения 20 ложного импульса через второй элемент И 23 и третий элемент И 24 на выход 28 первого управляемого делителя частоты 10.

Сигнал на выходе первого управляемого делителя частоты 10 приведен на эпюре 8. Этот сигнал поступает на вход первого формирователя импульсов 12, который формирует импульсы заданной длительности (код принадлежности к соответствующему сканирующему лучу - литера). Формирователь импульсов выполнен, например, на базе преобразователя кода во временной интервал. Сигнал на выходе первого формирователя импульсов, приведен на эпюре 9.

Таким образом формируется сигнал модуляции излучения одного из плоских сканирующих лучей.

Аналогичным образом осуществляется формирование сигнала модуляции излучения по второму сканирующему лучу при поступлении на первые информационные входы 16 устройства текущего дискретного кода положения луча по другой декартовой координате. При этом кодовые значения P_i двоичного кода с выходов первого блока хранения и выдачи информации 7 записываются во второй регистр 9 импульсом с первого выхода синхрогенератора при наличии на управляющем входе второго регистра 9 импульса со второго выхода синхрогенератора 4. Второй управляемый делитель частоты 11 работает аналогично первому. Сигнал с выхода второго управляемого делителя частоты 11, приведенный на эпюре 10, поступает на вход второго формирователя импульсов 13, который формирует импульсы с длительностью, отличной от длительности импульсов с выхода первого формирователя импульсов 12.

Этим обеспечивается дешифрация излучения по каждому из сканирующих лучей на приемном устройстве объекта управления.

Сигнал на выходе второго формирователя импульсов 13 (второй выход устройства 19) приведен на эпюре 11.

Формула изобретения

1. Способ формирования сигнала модуляции ортогональных сканирующих лучей в системах телеориентирования управляемых объектов, включающий последовательную передачу кодовых значений P_i в виде периодов T_i импульсного напряжения, зависящих от соответствующего значения n-разрядного кода по закону
T_i = T_o · P_i,
где Т_о - период опорной частоты;
P_i - кодовое значение n-разрядного кода (0 < P_i < 2ⁿ - 1),
отличающийся тем, что кодовые значения P_i, подлежащие передаче, в зоне управления объектом формируют для каждого из ортогональных сканирующих лучей через заданный интервал дискретизации Т₂ путем преобразования суммы результата умножения каждой точке дискретизации соответствующих значений программной дальности до управляемого объекта на значение углового отклонения сканирующего луча в пространстве относительно опорного направления и значения корректирующего сигнала в этих точках, а последовательную передачу кодовых значений P_i производят непрерывно с обновлением информации о величине периода в точках дискретизации за пределами зоны управления формируют P_i = 0.

2. Устройство для формирования сигнала модуляции излучения ортогональных сканирующих лучей в системах телеориентирования, содержащее первый блок хранения и выдачи информации, синхрогенератор и первый управляемый делитель частоты, отличающееся тем, что в него введены первый регистр, первый формирователь импульсов, формирователь стробирующего сигнала, последовательно соединенные второй регистр, второй управляемый делитель частоты, второй формирователь импульсов, а также последовательно соединенные формирователь сигнала текущего времени, второй блок хранения и выдачи информации, блок умножения, сумматор, К-старших разрядов которого соединены с входами формирователя стробирующего сигнала, выход которого соединен с управляющим входом первого блока хранения и выдачи информации, а С-младших разрядов сумматора соединены с адресными входами первого блока хранения и выдачи информации, информационные выходы которого через первый регистр соединены с информационными входами первого управляемого делителя частоты и через второй регистр соединены с информационными входами второго управляемого делителя частоты, выход первого управляемого делителя частоты соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого является первым выходом устройства, выход второго управляемого делителя частоты соединен с входом второго формирователя импульсов, выход которого является вторым выходом устройства, при этом первый выход синхрогенератора соединен с синхронизирующими входами первого и второго регистров, первого и второго управляемых делителей частоты, первого и второго формирователей импульсов, а второй выход синхрогенератора соединен с управляющим входом второго регистра, третий выход синхрогенератора соединен с управляющим входом первого регистра, при этом группа четвертых выходов синхрогенератора подключена к синхронизирующим входам сумматора, группа пятых выходов синхрогенератора подключена к синхронизирующим входам блока, умножения, вторые входы сумматора являются вторыми информационными входами устройства, первые входы блока умножения являются первыми информационными входами устройства, а первый и второй входы формирователя текущего времени являются синхронизирующими входами устройства.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что управляемый делитель частоты выполнен в виде первого элемента И и последовательно соединенных двоичного счетчика, схемы сравнения, второго элемента И, третьего элемента И, выход которого является выходом устройства, при этом информационные входы управляемого делителя частоты соединены с вторыми входами схемы сравнения, а также с входами первого элемента И, выход которого соединен с обнуляющим входом счетчика, третьим входом второго элемента И и вторым входом третьего элемента И, кроме того, синхронизирующий второй вход управляемого делителя частоты соединен с вторым входом второго элемента И и счетным входом двоичного счетчика, информационные входы которого соединены с выходами задатчика кода, а управляющий вход двоичного счетчика подключен к выходу второго элемента И.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 13-2003

(73) Патентообладатель:
ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения" (RU)

Договор № 15838 зарегистрирован 08.01.2003

Извещение опубликовано: 10.05.2003        

---