Система управления

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для беспроводного управления движением наземными, надводными и воздушными объектами. Техническим результатом является увеличение разрешения координат, исключение световых и радиопомех. Он достигается тем, что устройство определения координат выполняется управляемым в горизонтальном и вертикальном наведении и в него вводится датчик координат, в приемную часть вводится блок выбора частоты, в излучатель вводятся светодиоды с красным, зеленым и синим светофильтрами и в систему управления вводится канал монитора. 18 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для беспроводного управления движением наземными, надводными и воздушными объектами.

Прототипом принята "Система управления" [1], содержащая устройство определения координат и передатчик радиосигналов, приемную часть и излучатель, расположенные на объекте управления. Устройство определения координат включает объектив, зрительную трубу, передающую телевизионную трубку, блок обработки сигналов и формирователь кодов, включающий генератор синусоидальных колебаний и два канала, каждый из которых включает последовательно соединенные блок элементов И, элемент ИЛИ и выходной ключ, и самоходный распределитель импульсов /СРИ/. Приемная часть содержит блок приема радиосигналов, усилитель радиочастоты, двухполярный амплитудный детектор, синтезатор частот и два канала, каждый из которых содержит формирователь импульсов, регистр и дешифратор. Излучатель выполнен из светодиодов белого излучения и крепится на задней части корпуса управляемого объекта. Недостатки прототипа: подвержен световым помехам от других источников излучения, такие же системы, работающие рядом, создадут радиопомехи друг другу /одна несущая частота/, недостаточное разрешение при получении координат /16 направлений по 31 значению на каждом, всего 496 местоположений в поле зрения объектива/, управление объектом оператором через зрительную трубу просто, но подвержено срыву управления при воздействии на оператора психологических или физических помех, нельзя управлять объектом из укрытия или закрытого транспортного средства при движении. Цель изобретения - увеличение разрешения координат, исключение световых и радиопомех и выполнение управления объектами из укрытий и движущихся транспортных или боевых машин. Техническими результатами являются увеличение разрешения координат в 500 раз /500×500/, исключение световых помех вводом в излучатель светодиодов с красным, зеленым и синим светофильтрами, исключение радиопомех вводом в приемную часть блока выбора частоты, выполнение функций управления объектами из укрытий, транспортных и боевых машин. Сущность изобретения состоит в том, что в системе управления устройство определения координат выполняется управляемым в горизонтальном и вертикальном наведении и в него вводится датчик координат, в приемную часть вводится блок выбора частоты, в излучатель вводятся светодиоды с красным, зеленым и синим светофильтрами и в систему управления вводится канал монитора.

Заявляемая система управления представлена на фиг.1 и включает устройство 1 определения координат, передатчик 2 радиосигналов, подставку 3, канал монитора 4 и размещаемые на объекте управления приемную часть 5 и излучатель 6. Устройство 1 определения координат и передатчик 2 радиосигналов показаны на фиг.2, приемная часть 5 - на фиг.3, получение координат X, Y /поправок за внецентренностъ/ - на фиг.4, канал монитора - на фиг.5, АЦП видеосигнала - на фиг.6. конструкция пьезодефлектора - на фиг.7, накопитель кодов кадра - на фиг.8, блок регистров - на фиг.9, 10, спектр частот амплитудно-модулированного сигнала - на фиг.11, общий вид одного элемента, матрицы и триада излучающих ячеек в элементе матрицы /вид сверху/ - на фиг.12, схема излучающей ячейки - на фиг.13, расположение элементов матриц в экране на - фиг.14, перекрытие излучения в диафрагме - на фиг.15, общий вид устройства 1 определения координат на подставке 3 - на фиг.16, двухполярный амплитудный детектор на - фиг.17, временные диаграммы работы системы - на фиг.18

Устройство 1 определения координат содержит /фиг.2/ объектив 7 с соответствующим полем зрения и датчик 8 координат, включающий матрицу П3И 9 /прибор с зарядовой инжекцией по технологии Foveon Х3 из трехслойного датчика КМОП [2, с.552, 3, с.832, рис.21.12]/ с оптическим разрешением 500×500, фоточувствительная сторона матрицы ПЗИ 9 расположена в фокальной плоскости объектива 7, первый элемент И 10, первый и второй входы которого подключены к первому и второму выходам матрицы 9, второй элемент И 11, первый его вход подключен к третьему выходу матрицы П3И 9, второй вход подключен к выходу первого элемента И 10, включает последовательно соединенные генератор 13 тактовых импульсов /12,5 МГц/, делитель частоты 14 и первый ключ 15, со второго 16 по шестой 20 ключи, первый элемент 21 задержки, задерживающий строчный синхроимпульс /25 кГц/ на первую половину периода /0-20 мкс/ строки, второй элемент 22 задержки, задерживающий кадровый импульс /50 Гц/ на первую половину периода /0-10 мс/ кадра, первый девятиразрядный вычитающий счетчик 23 импульсов, первый восьмиразрядный счетчик 24 импульсов, второй восьмиразрядный вычитающий счетчик 25 импульсов и второй девятиразрядный счетчик 26 импульсов. Первым информационным выходом датчика 8 координат являются выход первого разряда /знак минус/ первого вычитающего счетчика 23 импульсов и поразрядно объединенные выходы второго-девятого разрядов первого вычитающего счетчика 23 импульсов и выходы первого-восьмого разрядов первого счетчика 24 импульсов, вторым информационным выходом датчика 8 координат являются выход первого разряда /знак минус/ второго счетчика 26 импульсов и поразрядно объединенные выходы второго-девятого разрядов второго счетчика 26 импульсов и выходы первого-восьмого разрядов второго вычитающего счетчика 25 импульсов, третьим-пятым информационными выходами датчика 8 координат являются соответственно первый-третий выходы R, G, В матрицы П3И 9, подключенные к первому-третьему информационным входам канала монитора 4. Первым управляющим выходом датчика 8 координат является третий выход 12,5 МГц делителя 14 частоты вторым управляющим его выходом является выход импульсного усилителя 12, третьим-пятым управляющими выходами являются соответственно первый выход 50 Гц делителя частоты, второй выход 25 кГц и третий выход 12,5 МГц делителя 14 частоты. Первый выход делителя 14 частоты подключен параллельно к управляющему входу U_от первого ключа 15, к входу второго элемента 22 задержки, к второму управляющему входу U_о второго счетчика 26 импульсов, к первому управляющему входу U_от шестого ключа 20 и к входам первого-пятого и седьмого разрядов второго вычитающего счетчика 25 импульсов. Второй выход 25 кГц делителя 14 частоты подключен параллельно к входу первого элемента 21 задержки, к сигнальному входу первого ключа 15, к первому управляющему входу U_от второго ключа 16, к первому управляющему входу U_от пятого ключа 19, параллельно к входам первого-шестого и восьмого разрядов первого вычитающего счетчика 23 импульсов, к второму управляющему входу U_о первого счетчика 24 импульсов и к сигнальным входам ключей 18 и 20. Третий выход 12,5 МГц делителя 14 частоты подключен параллельно к сигнальным входам второго ключа 16, пятого 19 и третьего ключа 17. Счетный вход первого вычитающего счетчика 23 импульсов подключен к выходу пятого ключа 19, счетный вход второго вычитающего счетчика 25 импульсов подключен к выходу шестого ключа 20, счетный вход первого счетчика 24 импульсов подключен к выходу ключа 17, счетный вход второго счетчика 26 импульсов подключен к выходу четвертого ключа 18. Вторые управляющие входы U_з третьего ключа 17 и пятого ключа 19 через диод и управляющие первые входы U_выд первого вычитающего счетчика 23 импульсов и первого счетчика 24 импульсов подключены к выходу импульсного усилителя 12. Вторые управляющие входы U_з четвертого ключа 18 и шестого ключа 20 через диод и вторые управляющие входы U_выд второго вычитающего счетчика 25 импульсов и второго счетчика 26 импульсов подключены к выходу импульсного усилителя 12. Выходы ключей 15 и 16 подключены к соответствующим входам 25 кГц и 12,5 МГц матрицы ПЗИ 9. Выход первого элемента задержки 21 подключен к первому управляющему входу U_от третьего ключа 17, к второму управляющему входу U_з ключа 19 и к второму управляющему входу U_о первого вычитающего счетчика 23 импульсов, выход второго элемента задержки 22 подключен к первому управляющему входу U_от четвертого ключа 18 и к второму управляющему входу U_з шестого ключа 20, к входу первого разряда /знак минус/ второго счетчика 26 импульсов и к второму управляющему входу U_о второго вычитающего счетчика 25 импульсов. Устройство 1 определения координат содержит формирователь 27 кодов, включающий генератор 28 синусоидальных колебаний 112,5 МГц и два идентичных канала, входы которых являются первым и вторым информационными входами, а выходы их объединены. Первый канал включает последовательно соединенные первый блок 29 элементов И, которых девять штук, первые входы которых являются первым информационным входом блока 27, первый элемент ИЛИ 30, первый выходной ключ 31 и первый самоходный распределитель 32 импульсов /СРИ/. Второй канал включает последовательно соединенные второй блок 33 элементов И, которых девять штук, первые входы которых являются вторым информационным входом блока 27, второй элемент ИЛИ 34, второй выходной ключ 35 и второй СРИ 36. Генератор 28 подключен к первому управляющему выходу датчика 8 координат и формирует из тактовых импульсов синусоидальные колебания 112,5 МГц /12,5 МГц × 9/, поступающие на сигнальные входы выходных ключей 31, 35, выходы которых объединены и являются вторым выходом устройства 1 определения координат, первым выходом которого является выход 112,5 МГц генератора 28 синусоидальных колебаний. Входы запуска U_п первого 32 и второго 36 СРИ объединены и подключены к второму управляющему выходу датчика 8 координат.

Передатчик 2 радиосигналов /фиг.2/ включает последовательно соединенные генератор 37 несущей частоты /1687,5 МГц/, вход которого подключен к выходу генератора 28 синусоидальных колебаний, амплитудный модулятор 38, второй вход которого подключен к второму выходу устройства 1 определения координат, и выходной усилитель 39. Канал монитора 4 /фиг.5/ содержит три идентичных канала: канал сигнала R, канал сигнала G, канал сигнала В. Канал сигнала R включает последовательно соединенные предварительный усилитель 40, АЦП 41 видеосигнала, накопитель 42 кодов кадра и блок 43 импульсных усилителей, содержащий импульсных усилителей по числу строк в кадре /500/, по числу отсчетов в строке /500/ и числу разрядов в коде 8, всего 2×10⁶ /500×500×8/. Канал сигнала G включает предварительный усилитель 44, АЦП 45 видеосигнала, накопитель 46 кодов кадра и блок 47 импульсных усилителей, которых 2×10⁶. Канал сигнала В включает предварительный усилитель 48, АЦП 49 видеосигнала, накопитель 50 кодов кадра и блок 51 импульсных усилителей, которых 2×10⁶. Выходы блоков 43, 47, 51 подключены к соответствующим входам 6×10⁶ плоскопанельного экрана 52 /фиг.5/. АЦП 41, 45, 49 идентичны /фиг.6/, каждый включает усилитель 53, пьезодефлектор 54 с отражателем на торце, источник 55 положительного опорного напряжения, источник 56 отрицательного опорного напряжения, излучатель из импульсного светодиода 57, щелевой диафрагмы 58 и микрообъектива 59 и включает линейку 60 многоэлементного фотоприемника и шифратор 61. Пьезодефлектор 54 является торцовым биморфным пьезоэлементом, конструктивно выполнен /фиг.7/ из первой 62 и второй 63 пьезопластин [4 с.118], внутреннего электрода 64, первого 65 и второго 66 внешних электродов. Один конец пьезопластин закреплен в держателе 67, на свободном торце закреплен отражатель 68. Принцип преобразования АЦП заключается в развертке луча от светодиода 57 отражателем 68 пьезодефлектора 54 по плоскости входных окон фотоприемников линейки 60. Световой импульс преобразуется в электрический сигнал, который выдает из шифратора 61 код мгновенного значения входного сигнала. Частота дискретизации 12,5 МГц. Источник излучения - импульсный светодиод с временем срабатывания 10 нс. Линейка 60 включает 255 фотоприемников для кодирования сигналов 8-разрядным кодом. Фотоприемниками являются лавинные фотодиоды ЛФД с временем срабатывания 10 нс. Шифратор К155ИВ1 [5 с. 231] с временем срабатывания 22 нс формирует коды с 00000001 по 11111111. Первому фотоприемнику в линейке 60 соответствует код 00000001, второму - код 00000010, третьему - 00000011, и т.д., 255 - код 11111111. Время преобразования АЦП составляет 32 нс /10 нс + 22 нс/ и удовлетворяет частоте дискретизации 12,5 МГц /80 нс/.

Накопители 42, 46, 50 кодов кадра идентичны, каждый включает /фиг.8/ блоки 69 регистров по числу строк в кадре 500 штук. Информационным входом накопителя кодов кадра 42 являются поразрядно объединенные первый-восьмой входы блоков 69_1-500 регистров. Управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход 50 Гц первого блока 69₁ регистров, вторым - объединенные вторые управляющие входы U_выд 25 кГц блоков регистров, третьим - объединенные третьи управляющие U_д 12,5 МГц блоков 69 регистров. Каждый управляющий выход предыдущего блока 69 регистров является первым управляющим входом для каждого последующего блока 69 регистров. Управляющий выход последнего блока 69₅₀₀ регистров подключен параллельно к четвертым управляющим входам всех 500 блоков регистров /фиг.8/.

Выходами накопителя кодов кадра являются выходы всех 500 блоков 69 регистров, всего выходов с блока 42/46, 50/:2×10⁶ /500×8×500/. Блоки 69 регистров идентичны, каждый включает /фиг.9, 10/ первый 70 и второй 71 ключи, распределитель 72 импульсов и восемь регистров 73_1-8, каждый из 500 разрядов /по числу отсчетов в строке/. Информационными входами блока 69 являются поразрядно объединенные третьи входы разрядов восьми регистров 73. Выходами являются параллельные выходы всех разрядов восьми регистров, всего выходов 4000 /500×8/. Выходы 500 блоков регистров являются выходами накопителя кодов кадра, всего выходов 2×10⁶. Управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход U_от 50 Гц первого ключа 70, вторым - сигнальный вход U_выд 25 кГц второго ключа 71, третьим - сигнальный вход U_д /12,5 МГц/ первого ключа 70, четвертым - первый управляющий вход U_от второго ключа 71. Последний выход распределителя 72 импульсов /500-й/ является управляющим выходом блока 69 в следующий блок регистров и подключен к первому управляющему входу первого ключа 70. Выход первого ключа 70 подключен к входу блока 72, выходы которого последовательно с первого к 500-у подключены к первым /тактовым/ входам разрядов параллельно восьми регистров 73. Выход второго ключа 71 подключен параллельно к вторым входам разрядов восьми регистров 73 и к второму управляющему входу U_з своего ключа 71, прошедший один импульс U_выд закрывает ключ 71. Выходы накопителей кодов кадра /фиг.5/ подключены к информационным входам своих 43, 47, 51 импульсных усилителей, каждый из которых содержит импульсных усилителей по 2×10⁶. С окончанием периода кадра 20 мс в накопителях 42, 46, 50 кодов кадра сосредотачиваются все коды R, G, В кадра, с приходом сигнала с последнего блока 69₅₀₀ регистров /фиг.8/ все коды кадра выдаются в блоки импульсных усилителей 43, 47, 51, с выходов которых сигналы единиц кодов, усиленные до соответствующей величины и длительностью 20 мс /длительность кадра/, поступают параллельно на соответствующие входы плоскопанельного экрана 52, в котором излучают соответствующие элементы матриц экрана, которых в экране 250000 по числу разрешения кадра /500×500/. Каждый элемент матрицы /фиг.12/ включает один светодиод белого излучения 74 и соответствующей формы непрозрачный корпус 75 /фиг.12/, в котором расположены три идентичные излучающие ячейки 76, 77, 78, верхняя излучающая ячейка 77 излучает зеленый цвет, G, левая нижняя 76 излучает красный цвет, R, правая нижняя 78 излучает синий цвет, В. Излучающие ячейки идентичны, каждая включает /фиг.13/ цилиндрический корпус из изоляционного материала, микрообъектив 79, формирующий поток излучения от светодиода 74 на цветной светофильтр 80 через диафрагму 81, и включает с первого 82₁, по восьмой 82₈ микропьезоэлементы, первые концы которых жестко закреплены в корпусе излучающей ячейки /фиг.15/, имеют управляющие входы, подключенные к выходам своих импульсных усилителей. Свободные концы микропьезоэлементов 82_1-8 являются шторками в корпусе диафрагмы 81, для исключения трения между лепестками они расположены в прорезях корпуса диафрагмы 81 и выполнены в форме плоских тонких лепестков, каждый из которых имеет соответствующую форму /фиг.15/ и соответствующую площадь. Размеры площадей лепестков, перекрывающих поток излучения, от первого 82₁ к восьмому 82₈ соответствуют принципу двоичного кода: 2⁷, 2⁶, 2⁵…2¹, 2⁰. Лепестки микропьезоэлементов являются исполнительным механизмом диафрагмы 81 и выполняют открытие отверстия в диафрагме 81 соответственно поступающему коду. Каждый лепесток открывает часть светового потока соответственно веса своего разряда, что приводится в таблице.

Номер разряда в коде	1	2	3	4	5	6	7	8
Вес разряда в коде	27	26	25	24	23	22	21	20
Открываемая часть диафрагмы, %	50	25	12,5	6,25	3,125	1,56	0,78	0,39

В выходном торце корпуса излучающей ячейки расположен цветной светофильтр 80 одного из основных цветов /R, G, В/. Излучение светодиода направляется микрообъективом 79 в цветной светофильтр 80 через диафрагму 81 /фиг.13/, управляющие входы микропьезоэлементов 82_1-8 являются управляющими входами ячейки и подключены к выходам своих импульсных усилителей в блоках 43, 47, 51 импульсных усилителей.

Работа элемента матрицы

В отсутствие управляющих импульсов /сигналов единиц в коде/ микропьезоэлементы 82_1-8 находятся в ненапряженном состоянии, все лепестки сосредоточены к центру диафрагмы и перекрывают ее отверстие. При поступлении управляющего импульса микропьезоэлемент совершает изгиб от центра диафрагмы 81 /фиг.15/ наружу и выводит свой лепесток, открывая проход своей части в диафрагме световому потоку от светодиода 74. При поступлении кода 11111111 управляющие сигналы поступают на все микропьезоэлементы 82_1-8, все шторки диафрагмы /лепестки/ открываются, весь поток излучения поступает на цветной светофильтр 80 и излучается с экрана монитора. При разных кодах в диафрагме 81 открываются те ее лепестки, на микропьезоэлементы которых поступили управляющие импульсы. Яркость излучения ячейки прямо пропорциональна коду видеосигнала. Излучающие ячейки с механизмом диафрагмы выполняются в высшей степени миниатюрными для получения элементов матриц в микроразмерах. Ячейки изготавливаются отдельно, объединяются в корпус 75 элемента матрицы, экран набирается из элементов матриц соответственно размерам экрана. Предлагаемый элемент матрицы не требует оптических юстировок и, будучи четко изготовленным, пригоден для длительной эксплуатации в плоскопанельных экранах, выдавая расчетные 16777216 оттенки цветов. При разрешении экрана 250000 пикселов требуется 250×10³ микросветодиодов белого излучения. Идентичность электронных схем в блоках 42, 46, 50 и 43, 47, 51 позволяет выполнить их попарно в одной микросхеме, а для сокращения длины соединений расположить микросхемы на тыльной стороне экрана 52. Приемная часть 5 расположена в корпусе управляемого объекта и включает /фиг.3/ введенный блок 83 выбора частоты, антенну, блок 84 приема радиосигналов, усилитель 85 радиочастоты, двухполярный амплитудный детектор 86, включает синтезатор 91 частот и два канала. Первый канал включает первый формирователь 87 импульсов, вход которого подключен к первому выходу двухполярного амплитудного детектора 86, и первый регистр 88, выходы которого являются выходами координат X, второй канал включает второй формирователь 89 импульсов, вход которого подключен к второму выходу двухполярного амплитудного детектора 86, и второй регистр 90, выходы которого являются выходами координат Y. Регистры 88, 90 девятиразрядные, сигнал в первом разряде обоих регистров означает знак кода /ноль - плюс, единица - минус/, в разрядах со второго по девятый код координаты. Коды X, Y являются цифровыми управляющими сигналами для исполнительных механизмов, корректирующих направление перемещения управляемого объекта, которые могут быть рулевыми машинками [7, с.18, 19], цифровыми шаговыми двигателями, струйными пневматическими устройствами. Излучатель 6 крепится на заднем торце корпуса объекта, содержит не менее трех светодиодов белого излучения: один светодиод имеет красный светофильтр R, второй зеленый светофильтр G, третий синий В. Для увеличения яркости на месте одного светодиода может применяться группа светодиодов под одним светофильтром. Генератор 13 тактовых импульсов обеспечивает /фиг.2/ систему управления тактовыми импульсами со стабильностью 10^-6·f_т=50 Гц×500×500=12,5 МГц, где 50 Гц - частота сканирования матрицы ПЗИ 9 /частота кадров/, 500 - число строк в кадре, разрешение по координате Y, 500 - число отсчетов в строке, разрешение по координате X. Делитель 14 частоты выдает: на первом выходе 50 Гц /250000:1/, на втором выходе частоту 25 кГц /500:1/, на третьем - 12,5 МГц /1:1/. Первый ключ 15 открывается передним фронтом импульса 50 Гц на длительность кадра 20 мс и закрывается задним фронтом импульса. В открытом состоянии ключ 15 пропускает на первый вход матрицы ПЗИ 9 импульсы 25 кГц для считывания строк, координат Y, Второй ключ 16 открывается передним фронтом импульса строки 25 кГц на длительность 40 мкс и закрывается задним фронтом импульса. В открытом состоянии ключ 16 пропускает на второй вход матрицы ПЗИ 9 импульсы 12,5 МГц для считывания заряда пиксела в строках [3 с.832]. Объектив 7 создает трехцветное изображение излучателя 6 в трех слоях матрицы ПЗИ. При отсутствии одного из цветов R, G, В не будет сигнала с одного из элементов И 10, 11 и не будет сигнала с выхода импульсного усилителя 12, что и устраняет световые помехи при управлении объектом.

Формирование координаты X. Считывание матрицы ПЗИ в строках идет слева направо /фиг.4/, а в кадре - сверху вниз по строкам. Коды координат X во второй и третьей четвертях считываются от -250/111111010/ к нулю, в первой и четвертой четвертях считываются от нуля к 250/011111010/. С открытием импульсом 25 кГц ключа 19 в разряды первый-шестой и восьмой первого вычитающего счетчика 23 импульсов заносится код 111111010 /первая единица знак минус/, а импульсы 12,5 МГц, поступающие с ключа 19, вычитаются из занесенного кода, такой процесс идет в первой половине периода строки /0-20 мкс/. По окончании первой половины периода строки с элемента 21 задержки следует импульс, закрывающий ключ 19, обнуляющий U_о первый вычитающий счетчик 23 импульсов и открывающий ключ 17. Импульсы 12,5 МГц теперь поступают в первый счетчик 24 импульсов в течение второй половины строки /20-40 мкс/. Коды координаты Х считываются с нуля по 250 /011111010/ в первой и четвертой четвертях поля зрения. В момент сканирования изображения излучателя 6 в матрице ПЗИ 9 с импульсного усилителя 12 идет сигнал U_выд, выдающий код координаты Х из того счетчика 23, 24 импульсов, в котором он был получен. При выдаче кода сигнал U_выд обнуляет счетчик импульсов, кроме того, счетчик 24 обнуляется передним фронтом U_о импульса 25 кГц каждой строки.

Формирование координаты Y. Коды координат Y в первой и второй четвертях считываются от 250/011111010/ к нулю, в третьей и четвертой четвертях - от нуля к -250 /111111010/. Передний фронт импульса 50 Гц открывает ключ 20, при этом в первый-пятый и седьмой разряды второго вычитающего счетчика 25 импульсов заносится код 11111010, а поступающие в счетчик 25 импульсы 25 кГц вычитаются из занесенного кода, так формируются коды от 250/11111010/ к нулю в первой и второй четвертях, т.е. в первой половине периода кадра с 0 по 10 мс. По окончании первой половины кадра сигнал с выхода второго элемента 22 задержки закрывает ключ 20, обнуляет второй вычитающий счетчик 25 импульсов, открывает ключ 18 и заносит в первый разряд второго счетчика 26 импульсов сигнал, означающий знак минус кода. Импульсы 25 кГц с ключа 18 подсчитываются вторым счетчиком 26 импульсов, так формируются коды координаты Y с нуля к -250 /111111010/ в третьей и четвертой четвертях поля зрения. В момент сканирования изображения излучателя 6 в матрице ПЗИ 9 с импульсного усилителя 12 идет сигнал U_выд, выдающий код координаты Y /синхронно с кодом X/ из счетчика 25 или 26, в котором он был получен. При выдаче кода сигнал U_выд обнуляет счетчик импульсов, кроме того, счетчик 26 обнуляется и передним фронтом каждого импульса 50 Гц кадра.

Работа формирователя 27 кодов, фиг.2. Формирователь 27 кодов преобразует параллельные коды в последовательные и заменяет в них представление единиц с импульсов на положительные полусинусоиды в кодах координат Х и на отрицательные полусинусоиды в кодах координат Y. Временные диаграммы работы представлены на фиг.18. Замена импульсов на полусинусоиды позволяет передавать коды Х и Y параллельно на одной боковой частоте несущей и в полосе ±1575 Гц /или 3150 Гц/ при стабильности несущей частоты 1687,5 МГц в 10^-6. На первые входы элементов И блоков 29, 33 синхронно поступают девятиразрядные коды X, Y в параллельном виде. Вторые входы элементов И этих блоков подключены к выходам соответственно СРИ 32, 36, запускаемых в работу сигналом U_п с импульсного усилителя 12. С выходов элементов И блоков 29, 33 импульсы кодов последовательно через элементы ИЛИ 30, 34 поступают на управляющие входы U_от выходных ключей 31, 35, открывая их на время своей длительности 8,9 нс .

Выходной ключ 31 в открытом состоянии пропускает одну положительную полусинусоиду моночастоты 112,5 МГц с генератора 28, выходной ключ 35 пропускает одну отрицательную полусинусоиду той же частоты. С объединенных выходов выходных ключей 31, 35 на второй вход амплитудного модулятора 38 поступают полные или неполные синусоиды моночастоты 112,5 МГц, являющиеся модулирующим сигналом U_м несущей частоты. Первый выход формирователя кодов 27 /выход генератора 28/ подключен к входу генератора несущей частоты 37, умножающего частоту 112,5 МГц на 15:f_н=112,5 МГц×15=1687,5 МГц со стабильностью 10^-6. Амплитудный модулятор 38 включает последовательно соединенные кольцевой модулятор и полосовой фильтр [9, c.234]. Сама несущая частота 1687,5 МГц и одна из ее боковых частот в информационном смысле являются избыточными, поэтому в амплитудном модуляторе 38 кольцевой модулятор подавляет несущую частоту, а полосовой фильтр отфильтровывает верхнюю боковую частоту 1800 МГц /1687,5 МГц + 112,5 МГц/, фиг.11. Используется нижняя боковая частота f_нб=1687,5-112,5=1575 МГц. Нижняя боковая частота с информацией кодов X, Y поступает в выходной усилитель 39, усиливается и излучается. При стабильности 10 занимаемая полоса составляет ±1575 Гц или 3150 Гц. В приемной части 5 /фиг.3/ в блоке 83 выбора частоты устанавливается [10, с.86-87] соответствующее напряжение настройки, поступающее в блок 84 приема радиосигнала и в синтезатор 91 частот. Радиосигналы принимаются антенной, поступают в блок 184, настроенный на прием этих сигналов и являющийся селектором каналов с электронной настройкой. Блок 84 включает входную цепь, усилитель радиочастоты со смесителем и полосовой фильтр [10, с.132]. Радиочастотный сигнал поступает на первый вход смесителя блока 84, на второй вход которого подается несущая частота с выхода 1 синтезатора 91 частот /фиг.3/, которая необходима для детектирования однополосного сигнала [11, с.146]. Сигнал со смесителя, являющийся выходным сигналом блока 84, усиливается в усилителе 85 до необходимой величины и поступает на вход двухполярного амплитудного детектора 86, выполненного по схеме на фиг.17. Диод Д1 выделяет положительную огибающую модулирующего сигнала /фиг.18, диагр.9/, диод Д2 из модулирующей выделяет огибающие положительных полусинусоид /символы единиц кодов X/, диод Д3 из модулирующей выделяет огибающие отрицательных полусинусоид /символы единиц кодов Y/. С первого выхода блока 86 продетектированные положительные полусинусоиды 112,5 МГц поступают на вход первого формирователя 87 импульсов, со второго выхода блока 86 продетектированные отрицательные полусинусоиды 112,5 МГц поступают на вход второго формирователя 89 импульсов. Формирователи 87, 89 импульсов выполнены по схеме несимметричного триггера с эмиттерной связью [12, с.209] и формируют прямоугольные импульсы из полусинусоид. Импульсы имеют одну полярность и длительность, равную длительности в кодах формирователя 27 кодов. Единицы вновь представляются наличием импульса, нули - их отсутствием. Собственная стабильность частоты синтезатора 91 частот 10, точная подстройка его частоты к несущей частоте передатчика 2 радиосигналов выполняется по импульсам с формирователя 87 импульсов. Синтезатор 91 частот выдает: с первого выхода синусоидальные колебания соответствующей несущей частот на второй вход блока 84, со второго выхода импульсы тактовой частоты 112,5 МГц на тактовые входы регистров 88, 90, с третьего выхода сигналы U_выд 50 Гц кодов координат X, Y из регистров 88, 90. Код X с формирователя 87 импульсов поступает в первый регистр 88 и принимает параллельный вид, код Y с формирователя 89 поступает во второй регистр 90 и принимает параллельный вид. С регистров координаты Х и Y в параллельном виде выдаются управляющими сигналами в соответствующие исполнительные механизмы, координаты X, Y представляют положение излучателя 6 относительно центра поля зрения объектива 7, центра плоскопанельного экрана 52. Устройство 1 определения координат выполняется управляемым для наведения его в горизонтальном и вертикальном направлениях, размещается для этого /фиг.16/ в соответствующем корпусе 92, закрепляемом жестко на валу 93 вертикального поворота, концы вала 93 расположены в подшипниках двух вертикальных стоек 94, закрепленных жестко на горизонтально расположенном зубчатом колесе 95 горизонтального поворота. Зубчатое колесо 95 горизонтального поворота размещено на соответствующем подшипнике, укрепленном горизонтально в соответствующей подставке 3. Зубчатое колесо 95 сопряжено с соответствующим вторым зубчатым колесом 96, закрепленным на оси первого пьезоэлектрического двигателя 97 /ПЭД/. Вал 93 вертикального поворота через соответствующий редуктор 98 сопряжен с осью второго ПЭД 99. Управляющие входы обоих ПЭД 97, 99 для управления наведением устройства 1 определения координат подключены к выходам соответствующего пульта 100 управления. Пьезоэлектрические двигатели 97, 99 идентичны, имеют напряжение возбуждения 5-30 В, мощность до 15 Вт, частота вращения 0-2000 об/мин, минимальный шаг вращения 5 угловых секунд, время пуска и останова 0,001 с точность позиционирования во времени от долей минуты до долей секунды. Имеют плавное и дискретное изменение скорости, работают в непрерывном и шаговом режимах [13, с.40].

Работа системы управления

Система выполняет беспроводное управление наземными, надводными и воздушными подвижными объектами в пределах видимости оператора. Для исключения на оператора различных помех он с каналом 4 монитора размещается в укрытии или специальном транспорте. Устройство 1 определения координат и передатчик 2 радиосигналов размещаются снаружи укрытия в месте хорошего обзора местности. Информационные входы R, G, В канала монитора 4 и его первый, второй, третий управляющие входы канала 4 монитора /фиг.5/ подключаются кабелем к информационным первому-третьему выходам и к третьему-пятому управляющим выходам /фиг.2/ устройства 1 определения координат. Цветное изображение поля зрения объектива 7 воспроизводится на экране 52 с разрешением 500×500 и частотой кадров 50 Гц. При подготовке к управлению объектом оператор включает питание в приемной части объекта, в блоке 83 устанавливает напряжение настройки нужной частоты приема, затем набором на пульте управления 100 /фиг.16/ углов горизонтального и вертикального направления выставляет оптическую ось объектива 7 в нужном направлении, по изображению местности на экране 52 оператор совмещает перекрестие объектива 7 с точкой доставки объекта и производит пуск объекта. При движении объект входит в поле зрения объектива, что оператор наблюдает на экране 52 по излучению излучателя 6. Датчик 8 координат считывает текущие координаты X, Y излучателя 6, которые передаются передатчиком 2 радиосигналов, принимаются приемной частью 5 на управляемом объекте и поступают в исполнительные механизмы, корректирующие направление перемещения объекта в точку назначения. Предлагаемая система управления выполняет управление объектом из укрытия /или боевой машины/ в любое время суток, исключает влияние световых и радиопомех и влияние "человеческого фактора" на надежность и точность управления.

Источники информации

1. Патент РФ №2332699 C1, кл. G05В 15/00 бюл. №24 от 27.08.08, прототип.

2. Мураховский В.И. Устройство компьютера. М., 2003, с.552.

3. Колесниченко О.В, Шишигин H.B. Аппаратные средства PC. 5-е изд. СПб., 2004, с.832, рис.21.12.

4. И.В.Фридлянд, В.Г.Сошинков. Системы автоматического регулирования в устройствах видеозаписи. М., 1988, с.118,122, рис.5.10.

5. Цифровые интегральные микросхемы. Минск, 1991, c.231.

7. Журнал "Техника молодежи". 2007, №6, 7, 8, 10. с.18, 19.

8. Справочник по средствам автоматики, под ред. В.Э.Низэ, И.В.Антика, М., 1983, с.400-404.

9. Шумилин и др. Радиопередагощие устройства. М., 1981, с.234-235.

10. М.А.Бродский. Телевизоры цветного изображения. Справочное пособие. Минск. 1988, с.132, 134, с.86-87.

11. Радиосвязь, вещание и телевидение. Под ред. А.Д.Фортушенко, М., 1981, с.146.

12. В.Ф.Баркан. В.К.Жданов. Усилительная и импульсная техника. М., 1981 г., с.209.

13. Журнал "Приборы и системы управления". 1990, №1, с.40.

Система управления, содержащая устройство определения координат передатчик радиосигналов и размещаемые на управляемом объекте приемную часть и излучатель, устройство определения координат включает объектив, формирователь кодов, содержащий генератор синусоидальных колебаний, вход которого является первым управляющим входом формирователя кодов, и два идентичных канала, входы которых являются первым и вторым информационными входами формирователя кодов, а выходы их объединены, первый канал включает последовательно соединенные блок элементов И, первые входы которого являются первым информационным входом формирователя кодов, элемент ИЛИ и первый выходной ключ, и первый самоходный распределитель импульсов /СРИ/, выходы которого подключены к вторым входам первого блока элементов И, второй канал включает последовательно соединенные второй блок элементов И, первые входы которого являются вторым информационным входом формирователя кодов, элемент ИЛИ и второй выходной ключ, и второй СРИ, выходы которого подключены к вторым входам второго блока элементов И, выходы первого и второго выходных ключей объединены и являются вторым выходом формирователя кодов, первым выходом которого является выход генератора синусоидальных колебаний, который подключен параллельно и к сигнальным входам первого и второго выходных ключей, управляющие входы /U_П/ первого и второго СРИ объединены и являются вторым управляющим входом формирователя кодов, передатчик радиосигналов включает последовательно соединенные генератор несущей частоты, вход которого подключен к первому выходу формирователя кодов, амплитудный модулятор, второй вход которого подключен к второму выходу формирователя кодов, выходной усилитель и антенну, приемная часть включает последовательно соединенные антенну, блок приема радиосигналов, усилитель радиочастоты и двухполярный амплитудный детектор, и два канала, первый канал содержит первый формирователь импульсов, вход которого подключен к первому выходу двухполярного амплитудного детектора, и первый регистр, второй канал содержит второй формирователь импульсов, вход которого подключен к второму выходу двухполярного амплитудного детектора, и второй регистр, включает синтезатор частот, первый вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, первый выход синтезатора частот подключен к второму входу блока приема радиосигналов, первые /тактовые/ управляющие входы обоих регистров объединены и подключены к второму выходу синтезатора частот, к третьему выходу которого подключены вторые управляющие входы /U_выд/ обоих регистров, излучатель крепится на задней части корпуса управляемого объекта и содержит светодиод белого излучения, отличающаяся тем, что в устройство определения координат введен датчик координат, содержащий матрицу ПЗИ /прибор с зарядовой инжекцией/, фоточувствительная сторона которой расположена в фокальной плоскости объектива, первый элемент И, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам матрицы ПЗИ, второй элемент И, первый вход которого подключен к третьему выходу матрицы ПЗИ, второй вход его подключен к выходу первого элемента И, импульсный усилитель, вход которого подключен к выходу второго второго элемента И, содержащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, делитель частоты и первый ключ, выход которого подключен к первому входу матрицы ПЗИ, второй ключ, выход которого подключен к второму входу матрицы ПЗИ, третий, четвертый, пятый и шестой ключи, первый девятиразрядный вычитающий счетчик импульсов, первый восьмиразрядный счетчик импульсов, второй восьмиразрядный вычитающий счетчик импульсов, второй девятиразрядный счетчик импульсов, первый и второй элементы задержки, первый и второй диоды, первый выход /50 Гц/ делителя частоты подключен параллельно к первым управляющим входам /U_от/ первого и шестого ключей, к входам первого-пятого и седьмого разрядов второго вычитающего счетчика импульсов, к входу второго элемента задержки и к второму управляющему входу /U₀/ второго счетчика импульсов, второй выход /25 кГц/ делителя частоты подключен параллельно к сигнальному входу первого ключа, к первым управляющим входам /U_от/ второго и пятого ключей, к входам первого-шестого и восьмого разрядов первого вычитающего счетчика импульсов, к входу первого элемента задержки, к второму управляющему входу /U₀/ первого счетчика импульсов, к сигнальным входам шестого и четвертого ключей, третий выход /12,5 МГц/ делителя частоты подключен параллельно к сигнальным входам второго, пятого и третьего ключей и является первым управляющим выходом в формирователь кодов, выход первого элемента задержки подключен к первому управляющему входу /U_от/ третьего ключа, к второму управляющему входу /U_з/ пятого ключа и к второму управляющему входу /U₀/ первого вычитающего счетчика импульсов, выход второго элемента задержки подключен к первому управляющему входу /U_от/ четвертого ключа, к второму управляющему входу /U_з/ шестого ключа, к второму управляющему входу /U₀/ второго вычитающего счетчика импульсов и к входу первого разряда /сигнал минус-кода/ второго счетчика импульсов, выход импульсного усилителя является вторым управляющим выходом в формирователь кодов и подключен параллельно к второму управляющему входу /U_з/ четвертого ключа, к первым управляющим входам /U_выд/ второго вычитающего счетчика импульсов и второго счетчика импульсов, через второй диод подключен к второму управляющему входу /U_з/ шестого ключа, к второму управляющему входу /U₀/ второго вычитающего счетчика импульсов и на вход первого разряда второго счетчика импульсов /сигнал минус-кода/, к второму управляющему входу /U_з/ третьего ключа, к управляющим входам U_выд первого вычитающего счетчика импульсов и первого счетчика импульсов, через первый диод к второму управляющему входу /U_з/ пятого ключа, выход третьего ключа подключен к счетному входу первого счетчика импульсов, выход четвертого ключа подключен к счетному входу второго счетчика импульсов, выход пятого ключа подключен к счетному входу первого вычитающего счетчика импульсов, выход шестого ключа подключен к счетному входу второго вычитающего счетчика импульсов, второй-девятый выходы первого вычитающего счетчика импульсов и первый-восьмой выходы первого счетчика импульсов поразрядно объединены и вместе с выходом первого разряда /знак минус-кода/ первого вычитающего счетчика импульсов являются первыми первым-девятым выходами датчика координат /координата X/, второй-девятый выходы второго счетчика импульсов и первый-восьмой выходы второго вычитающего счетчика импульсов поразрядно объединены и вместе с выходом первого разряда /знак минус-кода/ второго счетчика импульсов являются вторыми первым-девятым выходами датчика координат /координата У/, в приемную часть введен блок выбора частоты, первая группа выходов которого подключена к соответствующим входам третьей группы входов блока приема радиосигналов, а вторая группа выходов подключена к соответствующим входам второй группы входов синтезатора частот, первый-девятый выходы первого регистра являются первыми выходами приемной части /координата X/, первый-девятый выходы второго регистра являются вторыми выходами приемной части /координата У/, излучатель выполняется из светодиодов белого излучения, первый из которых имеет красный светофильтр, второй имеет зеленый светофильтр и третий - синий светофильтр, в систему управления введен канал монитора, содержащий три идентичных канала: канал сигнала R, канал сигнала G, канал сигнала В, каждый включает последовательно соединенные предварительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь видеосигнала /АЦП/, накопитель кодов кадра и блок импульсных усилителей, содержащий импульсных усилителей по числу строк в кадре, числу отсчетов в строке и числу разрядов в коде /500×500×8/, выходы блоков импульсных усилителей подключены к соответствующим входам плоскопанельного экрана, первым-третьим информационными входами канала монитора являются входы предварительных усилителей каналов сигналов R, G, В, подключенные соответственно к первому-третьему выходам матрицы ПЗИ датчика координат, первым-третьим управляющими входами канала монитора являются: первым - объединенные управляющие входы /50 Гц/ блоков импульсных усилителей и объединенные первые управляющие входы /50 Гц/ накопителей кодов кадра каналов сигнала R, G, В, вторым - объединенные вторые управляющие входы /25 кГц/ накопителей кодов кадра, третьим - объединенные третьи управляющие входы /12,5 МГц/ накопителей кодов кадра и объединенные управляющие входы АЦП видеосигналов каналов сигнала R, G, В, первый-третий управляющие входы подключены соответственно к первому-третьему выходам делителя частоты в датчике координат, АЦП видеосигнала идентичны, каждый включает последовательно соединенные усилитель, вход которого является информационным входом АЦП, и пьезодефлектор, источник положительного опорного напряжения, выход которого подключен к вторым входам усилителя и пьезодефлектора, источник отрицательного опорного напряжения, выход которого подключен к третьим входам усилителя и пьезодефлектора, излучатель из импульсного светодиода, щелевой диафрагмы и микрообъектива, включает последовательно соединенные линейку многоэлементного фотоприемника и шифратор, выходы которого являются выходами АЦП, входные окна линейки многоэлементного фотоприемника через отражатель пьезодефлектора оптически соединены с излучателем, вход которого является управляющим входом /12,5 МГц/ АЦП видеосигнала, накопители кодов кадра идентичны, каждый включает блоки регистров по числу строк в кадре, информационным входом являются поразрядно объединенные первые-восьмые входы блоков регистров, управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход /50 Гц/ первого блока регистров, вторым - объединенные вторые управляющие входы /25 кГц/ блоков регистров, третьим - объединенные третьи управляющие входы /U_д/ блоков регистров, каждый управляющий выход предыдущего блока регистров является первым управляющим входом каждого последующего блока регистров, управляющий выход последнего /500/ блока регистров подключен параллельно к четвертым управляющим входам всех блоков регистров, выходами накопителя кодов кадра являются выходы всех /500/ блоков регистров, подключенные к входам своих блоков импульсных усилителей, блоки регистров идентичны, каждый содержит первый и второй ключи, распределитель импульсов и восемь регистров, каждый из пятисот разрядов, информационными входами блока регистров являются поразрядно объединенные третьи входы разрядов восьми регистров, выходами являются параллельные выходы всех разрядов восьми регистров /500×8/, управляющими входами являются: первым - первый управляющий вход /U_от/ первого ключа, вторым - сигнальный вход U_выд второго ключа, третьим - сигнальный вход /U_д/ первого ключа, четвертым - первый управляющий вход /U_от/ второго ключа, выход первого ключа подключен к входу распределителя импульсов, выходы которого последовательно, начиная с первого выхода, подключены к первым /тактовым/ входам разрядов параллельно восьми регистров, последний выход /500-й/ подключен к второму управляющему входу /U_з/ первого ключа и является управляющим выходом блока регистров, подключенный к первому управляющему входу следующего блока регистров, выход второго ключа подключен параллельно к вторым входам разрядов восьми регистров и к второму управляющему входу /U_з/ своего ключа, плоскопанельный экран содержит элементы матриц по числу разрешения /500×500/ кадра, каждый элемент матрицы включает один светодиод белого излучения и соответствующей формы непрозрачный корпус, в котором расположены три идентичные излучающие ячейки: верхняя излучающая ячейка излучает зеленый цвет, левая нижняя излучает красный цвет, правая нижняя излучает синий цвет, каждая излучающая ячейка включает цилиндрический корпус из изоляционного материала, в котором последовательно расположены микрообъектив, цилиндрический корпус диафрагмы с соответствующими прорезями и цветной светофильтр одного из основных цветов R, G, В, расположенный в выходном торце корпуса излучающей ячейки, и включает с первого по восьмой микропьезоэлементы, первые концы которых жестко закреплены в корпусе излучающей ячейки и имеют управляющие входы, подключенные к выходам своих импульсных усилителей в блоках импульсных усилителей, свободные концы микропьезоэлементов являются шторками диафрагмы, выполнены в форме плоских тонких лепестков и расположены в прорезях корпуса диаграммы, каждый из лепестков микропьезоэлементов имеет соответствующую форму и площадь, размеры которых соответствуют принципу двоичного кода, устройство определения координат выполняется управляемым в горизонтальном и вертикальном наведении, размещается в соответствующем корпусе, закрепленном на валу вертикального поворота, концы которого расположены в подшипниках двух вертикальных стоек, закрепленных на зубчатом колесе горизонтального поворота, расположенного на горизонтальном подшипнике, размещенном в соответствующей подставке, зубчатое колесо горизонтального поворота сопряжено с соответствующим вторым зубчатым колесом, закрепленным на оси первого пьезоэлектрического двигателя /ПЭД/, а вал вертикального поворота через соответствующий редуктор сопряжен с осью второго ПЭД, управляющие входы обоих ПЭД подключены к выходам соответствующего пульта управления.