Введение к работе
В диссертационной работе рассматриваются вопросы оптимизации характеристик и обеспечения достаточного быстродействия контура управления излучаемым полем наземных адаптивных лазерных локаторов с при работе с воздушно-космическими объектами
Актуальность темы Развитие квантовой электроники и лазерных технологий привело к интенсивному развитию информационных и измерительных оптико-лазерных систем и их широкому применению в авиакосмическом приборостроении Основной сферой применения наземных лазерных локаторов являются комплексы слежения за воздушными и космическими объектами, в составе которых они используются как самостоятельно, так и совместно с радиотехническими системами
Однако эффективность применения наземных оптико-лазерных систем при работе с воздушно-космическими объектами в реальных условиях в значительной степени определяется влиянием атмосферных фазовых искажений оптических сигналов Для повышения эффективности применения наземных лазерных локаторов в них необходимо осуществлять коррекцию атмосферных искажений оптических сигналов за счет адаптивного управления излучаемым полем Наибольший практический интерес представляет использование адаптивного алгоритма апертурного зондирования, который позволяет не только компенсировать фазовые искажения среды распространения, но и управлять диаграммой направленности локатора при слежении за движущимися объектами
В наземных лазерных локаторах слежения за воздушными и космическими объектами адаптивная коррекция атмосферных искажений отрабатывалось в ряде экспериментов, результаты которых показали, что основной технической проблемой при управлении излучаемым полем является обеспечение достаточного быстродействия адаптивного контура Это связано с тем, что при коррекции атмосферных искажений одновременно с угловым сопровождением воздушно-космических объектов управление излучаемым полем происходит на пределе выполнения условия квазистационарности искажений В этих условиях для эффективного применения наземных лазерных локаторов по целевому назначению необходимо, прежде всего, обеспечить достаточное быстродействие адаптивного контура При этом используемый алгоритм адаптации определяет, с одной стороны, структуру адаптивного контура, с другой стороны, методы оптимизации его характеристик и схем обработки принимаемых сигналов
Необходимость разработки научно обоснованных технических решений при реализации управления излучаемым полем в адаптивных лазерных локаторах усиливается в настоящее время тем, что перспективные наземные лазерные локаторы разрабатываются как многофункциональные системы При их применении на первый план выходит функция слежения за объектом и его сопровождения лазерным пучком подсветки, и адаптивное управление излучаемым полем позволяет за счет компенсации атмосферных фазовых искажений реализовать потенциальные возможности локатора по энергетическому потенциалу и одновременно обеспечить слежение за объектом в пределах зоны видимости
Таким образом, вопросы разработки методов оптимизации характеристик и обеспечения достаточного быстродействия адаптивного контура наземных лазерных локаторов апертурного зондирования при работе с воздушно-космическими объектами являются в настоящее время актуальными и составляют научную задачу, имеющую теоретическое и прикладное значение.
Цель диссертационной работы состоит в повышении эффективности применения наземных адаптивных лазерных локаторов при работе с воздушно-космическими объектами за счет оптимизации динамических характеристик адаптивного контура и использования в процессе адаптации оценок параметров движения объекта
Объект исследования - наземный адаптивный лазерный локатор апертурного зондирования, предназначенный для слежения за воздушными и космическими объектами
Предмет исследования - быстродействие контура управления адаптивным и следящим зеркалами адаптивного лазерного локатора апертурного зондирования с многоканальной фазовой модуляцией
Основная научная задача диссертационной работы - оптимизация динамических характеристик контура управления излучаемым полем адаптивных лазерных локаторов при слежении за подвижными объектами с компенсацией атмосферных фазовых искажений
Для достижения поставленной цели исследований в диссертационной работе решены следующие частные научные задачи
Исследованы динамические характеристики отдельных каналов адаптивного контура лазерного локатора апертурного зондирования и оптимизированы их параметры с учетом условий устойчивости и обеспечения заданного качества регулирования,
Сформулированы условия обеспечения достаточного быстродействия контура управления адаптивным и следящим зеркалами наземного адаптивного лазерного локатора при слежении за объектом в условиях атмосферных фазовых искажений,
Разработаны методы адаптивного слежения за объектом в лазерных локаторах апертурного зондирования с измерением параметров движения объекта локации и использования результатов этих измерений в процессе адаптации
Методы исследования В диссертационной работе используется математический аппарат теории систем автоматического управления, теории адаптивных оптических систем и теории лазерной локации, аналитические и численные методы математического моделирования, положения и разделы статистической теории распространения лазерного излучения в атмосфере
Научная новизна В результате выполнения исследований по теме диссертации получены следующие новые научные результаты.
Графо-аналитическом методом решена задача оптимизации динамических характеристик отдельных каналов адаптивного контура лазерного локатора апертурного зондирования с учетом условий устойчивости и требуемого качества регулирования,
Исследовано быстродействие контура управления адаптивным и следящим
зеркалами лазерного локатора апертурного зондирования при коррекции атмосферных фазовых искажений в условиях пространственно-временных ограничений, 3) Обоснованы принципы адаптивного слежения за объектом и структурные схемы адаптивных лазерных локаторах апертурного зондирования с измерением параметров движения объекта на комбинационных частотах многоканальной фазовой модуляции
Практическая значимость диссертационной работы состоит втом, что
Оптимизация характеристик адаптивного контура выполнена для наиболее общего случая описания динамических характеристик отдельных каналов дифференциальным уравнением третьей степени, найденные оптимальные значения коэффициентов усиления отдельных каналов обеспечивают выполнение условий устойчивости адаптивного контура и типовых для систем автоматического управления требований к качеству регулирования,
Сформулированные требования к быстродействию адаптивного контура управления адаптивным и следящим зеркалами наземного лазерного локатора апертурного зондирования обеспечивают преодоление временных ограничений при адаптивном слежении за воздушно-космическими объектами с компенсацией атмосферных фазовых искажений,
Разработанные структурные схемы адаптивных лазерных локаторов апертурного зондирования с измерением параметров движения объекта на комбинационных частотах многоканальной фазовой модуляции в изменяющихся условиях слежения за объектом приближают качество коррекции атмосферных фазовых искажений к предельно возможному
На защиту выносятся,
Оптимальные динамические характеристики каналов адаптивного контура управления в адаптивных лазерных локаторах апертурного зондирования, обеспечивающие максимальное быстродействие при заданном запасе устойчивости
Условия достаточного быстродействия контура управления адаптивным и следящим зеркалами наземного адаптивного лазерного локатора при слежении за воздушными и космическими объектами в условиях атмосферных фазовых искажений
Методы адаптивного слежения за объектами с выделением сигналов ошибки на комбинационных частотах многоканальной фазовой модуляции и реализующие их структурные схемы адаптивных лазерных локаторов апертурного зондирования
Внедрение результатов. Полученные результаты диссертационных исследований внедрены
В ФГУП «НИИ прецизионного приборостроения» в НИР «Майданак» и ОКР «Стажер» при обосновании методов наблюдения с Земли космических объектов с лазерной подсветкой и предельным разрешением и технических характеристик наземной оптико-лазерной системы слежения за космическим объектами с коррекцией атмосферных искажений оптических сигналов
В Управлении НС ВС РФ, при военно-техническом обосновании примене-
ния перспективных наземных лазерных локаторов специального назначения и экспертизе разработок промышленности в части обеспечения тактико-технических требований к изделиям З В учебном процессе ВКА им А Ф.Можайского при изучении дисциплин «Квантовая и оптическая электроника» и «Оптико-электронные системы локации и навигации»
Апробация результатов исследований Результаты диссертационных исследований докладывались на научно-технических семинарах ГУАП и ВКА им. А Ф Можайского и на 4 научно-технических и военно-научных конференциях - на научно-практической конференции ФГУП «Российский НИИ космического приборостроения», посвященной 60-летию предприятия (Москва, 2006), на Третьей Военно-научной конференции Космических войск (Санкт-Петербург, 2007), на Второй Межрегиональной научной конференции «Экология и космос» (Санкт-Петербург, 2007) и на Десятой научной сессии ГУАП (Санкт-Петербург, 2007)
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 23 печатных и рукописных работах, в том числе в 6 статьях, 6 отчетах о НИР и 11 описаниях Авторских свидетельств и Патентов
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы Общий объем работы - 177 листов, в том числе 147 листов текста, 23 листов таблиц, графиков и рисунков, 7 листов списка литературы, включающего 86 наименований
