Способ измерения координат и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к системам управления летательными аппаратами и может быть использовано для измерения координат (по тангажу и курсу), сформированных пачками импульсов в радиолиниях или в оптических линиях в системах теленаведения. Способ измерения координат в системе теленаведения заключается в том, что формируют поле управления путем сканирования диаграммы направленности электромагнитного излучения поочередно в двух взаимно перпендикулярных направлениях по курсу и тангажу соответственно относительно начала координат, совпадающего с центром поля управления, изменяя параметры электромагнитного поля, преобразуют электромагнитное излучение в пачки импульсов с ВИМ или КИМ и декодируют их, выдавая при этом значения координат по тангажу и курсу, при этом значения координат по тангажу и курсу разнесены по времени и измеряются аналогично, причем фиксируют первое значение каждой координаты, соответствующее при сканировании началу момента облучения устройства измерения координат, а затем фиксируют каждое текущее значение координаты с заменой его на последующее до конца пачки импульсов и определяют среднее арифметическое значение каждой координаты для первого и каждого последующего значений координат. Представлено устройство для осуществления способа. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в повышении точности измерения координат за счет учета изменения длительности кодовой пачки импульсов. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу и системам управления летательными аппаратами и может быть использовано для измерения координат (по тангажу и курсу), сформированных пачками (пакетами) импульсов в радиолиниях с время-импульсной модуляцией поднесущего колебания и амплитудной модуляцией несущего колебания (ВИМ-АМ) либо кодово-импульсной модуляцией поднесущего колебания и амплитудной модуляцией несущего колебания (КИМ-АМ) или в оптических линиях с ВИМ либо КИМ в системах теленаведения (управление по лучу).

В системах теленаведения формируют пространственную структуру электромагнитного поля, создаваемую передающим устройством с пункта управления, при этом параметры поля управления функционально связаны с координатами соответствующих точек [1], например в системе декартовых координат Z0Y, где Z - величина координаты по курсу, Y - величина координаты по тангажу, 0 - начало координат, совпадающее с центром поля управления и являющееся точкой прицеливания (наведения). Формирование поля управления осуществляют сканированием диаграммы направленности электромагнитного излучения в двух взаимно перпендикулярных направлениях (по Y и Z соответственно), при этом пропорционально углу сканирования изменяют величину команд. Таким образом, в плоскости Z0Y поле имеет по краям единичные (с разными знаками соответственно) значения команд, а в центре - нулевое. Бортовая аппаратура, расположенная на снаряде, измеряет параметры электромагнитного поля, изменяемые по закону ВИМ либо КИМ и определяет свое положение относительно 0.

Известны способ выделения команд и устройство, его реализующее [1]. Способ выделения команд заключается в том, что принимают радиосигнал ВИМ-АМ, преобразуют его в электрический сигнал, поддерживают постоянство величины амплитуды сигнала, демодулируют, нормируют импульсы по амплитуде и длительности, распределяют сигнал по двум каналам, а затем декодируют.

Известно устройство выделения команд, реализующее этот способ, содержащее последовательно включенные приемник электромагнитного излучения и аппаратуру разделения каналов и декодирования, которая выполнена как двухканальная.

Эти известные способ выделения команд и устройство, основанное на нем, предназначены для выделения команд управления снарядом по тангажу и курсу (в командной радиолинии), передаваемых с пункта управления и могут применяться по своему прямому назначению в системе теленаведения, т.е. как способ измерения координат и устройство измерения координат в снаряде, находящемся в поле управления.

Поскольку поле управления формируется диаграммой направленности электромагнитного излучения, то при сканировании диаграммы направленности в момент пересечения ею антенны приемника электромагнитного излучения, преобразующего это излучение в электрические импульсы, формируются пачки (пакеты) импульсов. Длительность этих пачек определяется диаграммой направленности передатчика, линейной скоростью сканирования, геометрическими размерами поля управления в месте нахождения приемника (его антенны), средой распространения и т.д.

Таким образом, длительность пачек (посылок) импульсов, несущих величину координат Z и Y, предсказать наперед невозможно, при этом сама пачка, а именно ее начало, несет информацию о величине координаты, соответствующей началу облучения, а конец - концу облучения, а поскольку величина координаты при этом изменяется, то последнее конечное значение координаты, фиксируемое при декодировании, не соответствует действительному (середине пачки) положению снаряда в поле управления.

Следовательно, недостатком известного способа и устройства является их низкая точность при измерении координат места нахождения снаряда в поле управления из-за изменения длительности принимаемой кодовой пачки.

Задачей настоящего изобретения (способа и устройства) является повышение точности измерения координат за счет учета изменения длительности кодовой пачки импульсов.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе измерения координат в системе теленаведения сканируют диаграмму направленности электромагнитного излучения относительно точки прицеливания, изменяя параметры электромагнитного поля, принимают и преобразовывают электромагнитное излучение в электрический сигнал и декодируют его, при этом фиксируют начальное значение декодируемой координаты, соответствующее при сканировании началу момента облучения устройства измерения координат, а затем фиксируют каждое текущее значение, вплоть до конца облучения, и определяют среднее арифметическое значение координат для начального и каждого текущего значений.

Заявленный способ реализуется следующим образом. В приемном тракте принимают электромагнитное излучение, например ВИМ-АМ или КИМ-АМ, предаваемое по радиолинии, либо ВИМ или КИМ, передаваемые по оптической линии связи и преобразуют этот сигнал в электрические импульсы с ВИМ или КИМ и декодируют их, выдавая при этом значения по тангажу Y и курсу Z. Поскольку электромагнитное излучение сканируют относительно точки прицеливания поочередно по вертикали (тангажу) и горизонтали (курсу), то значения координат (соответствующие им величины напряжений) разнесены во времени (временное разделение каналов).

При приеме одной кодовой пачки импульсов в зависимости от ее длительности при декодировании формируется от одного значения координаты до нескольких десятков значений координат, линейно изменяющихся по величине. Поэтому каждое значение координаты дополнительно обрабатывают с целью уточнения места нахождения приемника (его антенны) устройства измерения координат, а значит и снаряда в поле управления. Для этого усредняют значение координат, т. е. фиксируют первое значение координаты, а затем фиксируют каждое текущее значение с заменой его на последующее вплоть до конца пачки импульсов и определяют среднее арифметическое значение координаты для начального и текущего (конечного) значений. При этом для короткой пачки импульсов, несущих всего одно значение координаты, оно является одновременно и начальным и конечным значениями координаты.

При появлении второй и последующих кодовых пачек импульсов этого же канала процесс обработки сигнала полностью повторяется, при этом до его начала будет сохраняться "старое" предыдущее среднее арифметическое значение координаты. Аналогично измеряют величину координаты в канале курса Z.

Устройство измерения координат в системе теленаведения, реализующее указанный способ, содержит последовательно соединенные приемник электромагнитного излучения и аппаратуру разделения каналов по курсу и тангажу, а также двухканальную аппаратуру декодирования, в нее введены синхронизатор и схема установки в исходное состояние, а аппаратура декодирования выполнена в виде двух идентичных каналов, каждый из которых содержит преобразователь время-код, формирователь сигнала записи, два регистра и сумматор, при этом синхронизатор соединен с тактовыми входами аппаратуры разделения каналов, преобразователя время-код и формирователя сигнала записи, схема установки в исходное состояние подключена ко входам установки в исходное состояние аппаратуры разделения каналов, преобразователя время-код, первого и второго регистров, при этом первый и второй выходы аппаратуры разделения каналов соединены со входами преобразователя время-код соответственно из первого и второго каналов, сигнальный выход преобразователя время-код соединен со входом обнуления формирователя сигнала записи и входом записи первого регистра, выход формирователя сигнала записи подключен ко входу записи второго регистра, информационный выход преобразователя время-код соединен с информационными входами первого и второго регистров, выходы которых подключены к сумматору.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами (фиг.1 и 2).

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства измерения координат, где представлены: 1 - приемник электромагнитного излучения, 2 - преобразователь время-код, 3 - формирователь сигнала записи. 4а, 4б - первая и вторая схемы задержки, 5 - таймер, 6 - первый RS триггер, 7 - аппаратура разделения каналов по курсу и тангажу, 8а, 8б - первая и вторая логические схемы И, 9а, 9б - второй и третий RS триггеры, 10 - сдвиговый регистр. 11а, 11б - первая и вторая логические схемы ИЛИ, 12а, 12б - первый и второй регистры, 13 - сумматор, 14а, 14б - первый и второй счетчики импульсов, 15а, 15б - третья и четвертая логические схемы И, 16 - схема установки в исходное состояние, 17 - синхронизатор.

На фиг.2 приведены эпюры сигналов, где представлены: а) - сигнал на выходе приемника электромагнитного излучения 1, б)- сигнал на выходе первой логические схемы И 8а, в) - сигнал на выходе второй схемы задержки 4б, г) - сигнал на выходе второго RS триггера 9а, д) - сигнал на выходе третьей логической схемы И 15а, е) - сигнал на выходе первой схемы задержки 4а, ж) - сигнал на выходе третьего RS триггера 9б, з) - сигнал на выходе второго счетчики импульсов 14б (условно изображен счет импульсов в аналоговом виде), и) - сигнал на выходе формирователя сигнала записи 3, к) - сигнал на выходе второго регистра 12б, л) - сигнал на выходе первого регистра 12а, м) - сигнал на выходе сумматора 13.

Выход приемника электромагнитного излучения 1 соединен со входом аппаратуры разделения каналов 7, первый выход которой подключен к преобразователю время-код 2 первого канала (канала Y). Синхронизатор 17 соединен с тактовыми входами аппаратуры разделения каналов 7, преобразователя время-код 2 и формирователя сигнала записи 3. Схема установки в исходное состояние 16 подключена ко входам установки в исходное состояние аппаратуры разделения каналов 7, первого и второго регистров 12а и 12б, а также ко входу установки в исходное состояние преобразователя время-код 2. Сигнальный выход преобразователя время-код 2 соединен со входом обнуления формирователя сигнала записи 3 и входом записи первого регистра 12а. Выход формирователя сигнала записи 3 подключен ко входу записи второго регистра 12б. Информационный выход преобразователя время-код 2 соединен с информационными входами первого 12а и второго 12б регистров, выходы которых подключены к сумматору 13. Второй выход аппаратуры разделения каналов 7 подключен к преобразователю время-код 2 из второго канала (канала Z), который выполнен аналогично в первом канале (канале Y).

Приемник электромагнитного излучения 1 может быть выполнен как в прототипе. Аппаратура разделения каналов 7 может быть выполнена в виде сдвигового регистра 10 и двух логических схем И 8а и 8б с их связями, которые в качестве примера приведены на фиг.1. Преобразователь время-код 2 может быть выполнен в виде первой и второй схем задержки 4а, 4б (например двух последовательно включенных ждущих мультивибраторов), RS триггеров 9а и 9б, двух логических схем ИЛИ 11а и 11б, двух счетчиков импульсов 14а и 14б и двух логических схем И 15а и 15б с их связями, которые в качестве примера приведены на фиг.1.

Формирователь сигнала записи 3 может быть выполнен в виде таймера 5 (счетчика импульсов) и RS триггера 6 с их связями, которые в качестве примера приведены на фиг. 1. Регистры 12а и 12б, а также сумматор 13, например микросхемы того же наименования серии 564. Схема установки в исходное состояние 16, может быть выполнена, например, как дифференцирующая цепочка. Синхронизатор 17 - кварцевый автогенератор импульсов.

Устройство измерения координат работает следующим образом. В первоначальный момент времени, при выходе бортового источника питания на рабочий режим, схемой установки в исходное состояние 16 формируется разовый импульс, который устанавливает по входу R все разряды регистра 10 в аппаратуре разделения каналов 7 в нулевое состояние. Аналогичным образом этот же разовый импульс поступает на преобразователь время-код 2, где через логическую схему ИЛИ 11б подается на R вход RS триггера 9б. На выходе этого триггера выставляется нулевой логический уровень, запрещающий прохождение импульсов с выхода синхронизатора 17 через логическую схему И 15б на счетный вход (вход С) счетчика импульсов 146. Одновременно этот же разовый импульс устанавливает по входу R в исходное состояние все разряды на выходе регистров 12а и 12б.

Приемник электромагнитного излучения 1, находясь в поле управления, принимает электромагнитное излучение, например BИM-AM, передаваемое по радиолинии, или ВИМ, передаваемое по оптической линии связи, и преобразует это излучение в электрические импульсы с ВИМ. Сигнал с выхода приемника 1, приведенный на эпюре а) фиг.2, представляет собой, например, пары импульсов. Расстояние между импульсами в парах - это признак принадлежности данного сигнала каналу тангажа Y, либо каналу курса Z, а расстояние между соседними парами - величина координат (команд). Приведенная на эпюре а) первая пачка импульсов содержит всего три пары импульсов. Обычно пачка может содержать (по выходу приемника 1) от двух пар импульсов до нескольких десятков.

Далее сигнал с выхода приемника 1 поступает на вход аппаратуры разделения каналов 7: вход D сдвигового регистра 10 и первые входы логических схем И 8а и 8б. Эти импульсы сдвигаются в регистре 10 импульсами синхронизатора 17, которые поступают на тактовый вход (вход С) сдвигового регистра 10. Таким образом на первом и втором выходах регистра 10 появятся импульсы, которые сдвинуты (задержаны во времени) на величину, равную величине между двумя импульсами в парах (признак канала). Эти импульсы поступают, соответственно, на вторые входы логических схем И 8а и 8б. При совпадении этого задержанного (первого из пары) импульса со вторым импульсом (на выходах логических схем И 8а и 8б) формируются одиночные импульсы, несущие величину координаты, например, по тангажу Y, которые приведены на эпюре б) фиг.2 и соответственно по каналу курса Z.

С момента появления напряжения питания на устройстве выделения координат и до момента попадания снаряда в поле управления, т.е. до момента появления первого импульса на выходе логической схемы И 8а, а значит и на входе установки в нуль (вход R) счетчика импульсов 14а, счетчик находится в произвольном состоянии и производит счет импульсов по входу С с синхронизатора 17. При появлении единичного логического уровня на выходе счетчика импульсов 14а, он через логическую схему ИЛИ 11а выставляет по входу R RS триггера 9а на его выходе нулевой логический уровень.

При появлении первого импульса на входе преобразователя время-код 2 с выхода аппаратуры разделения каналов 7 (эпюра б) фиг.2), схема задержки 4б формирует задержку этого импульса во времени на величину, меньшую минимального временного интервала между вторыми импульсами из пар (эпюра в) на фиг. 2). Этот задержанный импульс поступает далее на S вход RS триггера 9а и устанавливает на его выходе единичный логический уровень (эпюра г) фиг.2). Этот уровень поступает на вход логической схемы И 15а и разрешает прохождение второго, третьего и т.д. импульсов из той же пачки (эпюра б) фиг.2) на выход логической схемы И 15а (эпюра д) фиг.2). Импульс с выхода логической схемы И 15а через логическую схему ИЛИ 11a по входу R устанавливает на выходе RS триггера 9а нулевой логический уровень (эпюра г) фиг.2) до момента прихода следующего импульса (эпюра в) на фиг.2), после чего процесс повторяется вновь.

Одновременно импульсы с выхода аппаратуры разделения каналов 7 поступают на схему задержки 4а, которая задерживает импульсы во времени (эпюра е) фиг. 2), которые затем обнуляют второй счетчик импульсов 14б (эпюра з) фиг.2), выставляют по S входу на выходе третьего RS триггера 9б единичный логический уровень (эпюра ж) фиг.2), который разрешает прохождение импульсов с синхронизатора 17 на выход второй логической схемы И 15б, а значит и на счетный вход (вход С) счетчика импульсов 14б. Счетчик импульсов 14б начинает считать в двоичном параллельном коде длительность импульсов, приведенных на эпюре ж) на фиг. 2. Как следует из эпюры ж), расстояние между импульсами (нулевой логический уровень) соответствует времени хранения двоичного числа, соответствующего величине координаты Y, в счетчике импульсов 14б, после чего он обнуляется и процесс повторяется вновь.

В течение хранения информации в счетчике импульсов 14б импульсы с выхода логической схемы И 15а поступают на вход С регистра 12а и записывают (перезаписывают) в него величину двоичного числа со счетчика импульсов 14б.

Формирователь сигнала записи 3 (для второго регистра 12б) до прихода первого импульса из кодовой посылки считает количество импульсов, поступающих на счетный вход таймера 5, и при появлении на его выходе единичного логического уровня, он по входу S выставляет на выходе RS триггера 6 единичный логический уровень. При появлении первого импульса на выходе логической схемы И 15а (эпюра д) фиг.2), он выставит нулевые логические уровни на всех разрядах таймера 5 и нулевой логический уровень на выходе RS триггера 6, который своим задним фронтом (эпюра и) фиг.2) пропишет информацию с выхода счетчика импульсов 14б в регистр 12б.

Таким образом, формирователь сигнала записи 3 формирует один импульс в начале пачки при появлении первых двух пар импульсов, несущих информацию о величине координаты, а логическая схема И 15а формирует импульсы записи для каждых двух пар импульсов, несущих информацию о величине координат, содержащихся во всей пачке. Следовательно, в регистр 12а в процессе следования пачки импульсов записывается (перезаписывается) каждое текущее значение координаты, вплоть до конечного, а в регистр 12б - лишь одно первоначальное значение, при этом и начальное и конечное значения хранятся в регистрах до момента появления новой пачки, после чего процесс записи (перезаписи) повторяется.

Как следует из изложенного выше, формирователь сигнала записи 3 формирует сигналы записи при достаточно большом временном расстоянии между пачками, т.е., например, между концом первой и началом второй, не менее двух пар импульсов с максимальным временным расстоянием между ними, при этом время счета импульсов в таймере 5 должно быть не менее этой величины.

Таким образом, таймер 5, а также счетчики импульсов 14а и 14б при отсутствии информационного сигнала (пар импульсов), а значит и сигналов обнуления (по входу R) продолжают считать импульсы с синхронизатора 17, переполняются и вновь (сначала) начинают счет импульсов (эпюра з) фиг.2 для счетчика импульсов 14б). Данная работа таймера 5, а также счетчиков импульсов 14а и 14б не оказывает никакого влияния на работоспособность устройства.

Информация в двоичном параллельном коде с выходов первого и второго регистров 12а и 12б поступает на соответствующие входы сумматора 13, где она поразрядно суммируется. На входе сумматора 13 формируется величина координаты, равная удвоенному среднеарифметическому значению, которая приведена на эпюре м) фиг.2 (в аналоговом виде). Это значение соответствует величине координаты в середине пачки импульсов, т.е. центру диаграммы направленности, формирующей пространственную структуру электромагнитного поля, причем это значение величины координаты формируется по приходу каждого текущего значения информации вплоть до конечного значения, содержащегося в пачке импульсов, а значит без задержки во времени. Удвоенное среднеарифметическое значение координаты учитывают величиной коэффициента передачи устройства, например, равной 0,5.

В заявленное устройство измерения координат можно ввести третий регистр (на фиг.1 он не приведен). При этом информационные входы этого регистра подключают поразрядно к выходу сумматора 13, а вход записи (вход С) - к выходу счетчика импульсов 14а (например к его старшему разряду, импульсный сигнал которого формирует задний фронт импульса на выходе RS триггера 9а (на эпюре г) фиг.2 он изображен пунктиром).

Таким образом, информация в третий регистр будет записываться (переписываться) всего один раз после прохождения всей пачки импульсов. Эта информация будет соответствовать удвоенному среднеарифметическому значению начального и конечного значений (без текущих значений) величин координат.

Устройство измерения координат может быть выполнено и иначе, при другой структуре сигнала, например не пар, а троек импульсов, при другом виде модуляции и т.д.

Таким образом, в способе измерения координат за счет фиксации значений координат, соответствующих начальному и текущему (конечному) моментам облучения устройства измерения координат (приемника электромагнитного излучения), а также определения среднего арифметического значения координат, учитывается изменение длительности кодовой пачки, а значит и величины информации о месте нахождения снаряда в поле управления, формируемом сканированием диаграммы направленности электромагнитного излучения относительно точки прицеливания, что повышает точность измерения координат, т.к. исключается ошибка измерения координат, которая прямо пропорциональна длительности кодовой пачки импульсов, т.е. начальному и конечному моментам облучения устройства измерения координат.

Введение в устройство измерения координат синхронизатора и схемы установки в исходное состояние, а также выполнение аппаратуры декодирования в виде двух идентичных каналов, каждый из которых содержит преобразователь время-код, формирователь сигнала записи, два регистра и сумматор, исключило ошибку измерения координат в каналах курса Z и тангажа Y за счет учета изменения длительности кодовой посылки.

Источники информации 1. Основы радиоуправления, под. редакцией Вейцеля В.А. и Типугина В.Н. М.: Советское радио, 1973, с.272-278, 246-251, рис. 4.28.

Формула изобретения

1. Способ измерения координат в системе теленаведения, заключающийся в том, что формируют поле управления путем сканирования диаграммы направленности электромагнитного излучения поочередно в двух взваимно перпендикулярных направлениях по курсу и тангажу соответственно относительно начала координат, совпадающего с центром поля управления, изменяя параметры электромагнитного поля, преобразуют электромагнитное излучение в пачки импульсов с ВИМ или КИМ и декодируют их, выдавая при этом значения координат по тангажу и курсу, при этом значения координат по курсу и тангажу разнесены во времени и измеряются аналогично, отличающийся тем, что фиксируют первое значение каждой координаты, соответствующее при сканировании началу момента облучения устройства измерения координат, а затем фиксируют каждое текущее значение координаты с заменой его на последующее до конца пачки импульсов и определяют среднее арифметическое значение каждой координаты для первого и каждого последующего значений координат.

2. Устройство измерения координат системы теленаведения по лучу, содержащее последовательно соединенные приемник электромагнитного излучения и аппаратуру разделения каналов, а также аппаратуру декодирования, выполненную в виде идентичных каналов по курсу и тангажу, отличающееся тем, что в него введены синхронизатор и схема установки в исходное состояние, а каждый из каналов аппаратуры декодирования содержит преобразователь время - код, формирователь сигнала записи, два регистра и сумматор, при этом синхронизатор соединен с тактовым входом аппаратуры разделения каналов, а также тактовыми входами преобразователя время - код и формирователя сигнала записи каждого канала аппаратуры декодирования, схема установки в исходное состояние подключена ко входу установки в исходное состояние аппаратуры разделения каналов, а также ко входам установки в исходное состояние преобразователя время - код, первого и второго регистров каждого канала аппаратуры декодирования, при этом первый и второй выходы аппаратуры разделения каналов соединены со входами преобразователей время - код соответственно канала по курсу и канала по тангажу аппаратуры декодирования, сигнальный выход преобразователя время - код соединен со входом обнуления формирователя сигнала записи и входом записи первого регистра, выход формирователя сигнала записи подключен ко входу записи второго регистра, информационный выход преобразователя время - код соединен с информационными входами первого и второго регистров, выходы которых подключены к сумматору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2