Устройство измерения азимута маловысотного летательного аппарата

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ АЗИМУТА МАЛОВЫСОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(72) Авторы Мокринский Владимир Валерьевич Воинов Валерий Васильевич Трухан Павел Петрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(57) Устройство измерения азимута маловысотного летательного аппарата, содержащее цилиндрический измерительный электрод, ось которого перпендикулярна плоскости местного горизонта, цилиндрический экран, соосный с измерительным электродом, содержащий два расположенных друг под другом окна, дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с измерительным электродом, а второй - с экраном, первое пороговое устройство, амплитудный детектор, индикатор, отличающееся тем, что в него включены источник света, фотоприемник, дифференцирующее устройство, второе пороговое устройство, счетчик импульсов, первая и вторая схемы И, триггер, генератор прямоугольных импульсов, цифроаналоговый преобразователь, источник эталонного напряжения, в котором выход дифференциального усилителя соединен со входом дифференцирующего устройства, выход которого соединен со входом первого порогового устройства, выход первого порогового устройства соединен с первым входом первой схемы И и с третьим асинхронным входом триггера, выход первой схемы И соединен со входом счетчика импульсов, второй вход первой схемы И соединен с выходом второй схемы И, первый вход 44712008.06.30 которой соединен с выходом триггера, а второй вход соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, выход фотоприемника соединен со входом второго порогового устройства, выход которого соединен с первым тактовым входом триггера, второй информационный вход которого соединен с выходом источника эталонного напряжения,выход счетчика импульсов соединен со входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со входом амплитудного детектора, а выход амплитудного детектора соединен со входом индикатора.(56) 1. А.с. СССР 1394168, МПК 01 29/12, 1988. 2. Патент РБ 3895, МПК 01 13/04, 2007. 3. Имянитов И.М. Электризация самолетов в облаках и осадках. - Л. Гидрометеоиздат, 1970. - С. 43-67. 4. Тамм И.Е. Основы теории электричества. - М. Наука, 1966. - С.71-73. 5. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Вып. 5. Электричество и магнетизм. - М. Мир, 1966. - С. 120-126. 6. Воднев В.Т., Наумович А.Ф., Наумович Н.Ф. Основные математические формулы. Мн. Вышэйшая школа, 1988. - С. 33-34. Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована для измерения азимута маловысотного летательного аппарата. Известен флюксметр 1, содержащий заземленный экран, закрепленный на оси вала электродвигателя, две равные по площади измерительные пластины, дифференциальный усилитель. Однако недостатком известного устройства являются ограниченные технические возможности, так как с его помощью невозможно определить азимут маловысотного летательного аппарата. Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемой полезной модели является устройство определения азимута маловысотного летательного аппарата 2, содержащее первую, вторую и третью измерительные пластины, первый и второй экраны, укрепленные на валах, связанных механически с валом электродвигателя, первый и второй дифференциальные усилители, первый и второй амплитудные детекторы, пороговое устройство, формирователь отношения, индикатор, в котором первая и вторая измерительные пластины расположены перпендикулярно осям ОХ ипрямоугольной системы координат, плоскостькоторой параллельна плоскости местного горизонта, третья измерительная пластина расположена в начале этой системы координат первая и вторая измерительные пластины соединены с первыми входами первого и второго дифференциальных усилителей соответственно, первый и второй экраны соединены с третьей измерительной пластиной и со вторыми входами первого и второго дифференциальных усилителей соответственно, выходы первого и второго дифференциальных усилителей соединены со входами первого и второго амплитудных детекторов соответственно, выход первого амплитудного детектора соединен с первым входом формирователя отношения, выход второго амплитудного детектора соединен со входом порогового устройства, выход которого соединен со вторым входом формирователя отношения, выход формирователя отношения соединен со входом индикатора. Однако недостатком известного устройства являются ограниченные технические возможности, так как с его помощью невозможно определить азимут маловысотного летательного аппарата при углах, близких к 90 и 270. Задачей полезной модели является расширение технических возможностей устройства. Техническим результатом осуществления полезной модели является измерение азимута маловысотного летательного аппарата во всем диапазоне его изменения. 2 44712008.06.30 Для решения поставленной задачи при осуществлении полезной модели в устройство измерения азимута маловысотного летательного аппарата, содержащее цилиндрический измерительный электрод, ось которого перпендикулярна плоскости местного горизонта,цилиндрический экран, соосный с измерительным электродом, содержащий два расположенных друг под другом окна, дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с измерительным электродом, а второй - с экраном, первое пороговое устройство,амплитудный детектор, индикатор, включены источник света, фотоприемник, дифференцирующее устройство, второе пороговое устройство, счетчик импульсов, первая и вторая схемы И, триггер, генератор прямоугольных импульсов, цифроаналоговый преобразователь, источник эталонного напряжения, в котором выход дифференциального усилителя соединен со входом дифференцирующего устройства, выход которого соединен со входом первого порогового устройства, выход первого порогового устройства соединен с первым входом первой схемы И и с третьим асинхронным входом триггера, выход первой схемы И соединен со входом счетчика импульсов, второй вход первой схемы И соединен с выходом второй схемы И, первый вход которой соединен с выходом триггера, а второй вход соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, выход фотоприемника соединен со входом второго порогового устройства, выход которого соединен с первым тактовым входом триггера, второй информационный вход которого соединен с выходом источника эталонного напряжения, выход счетчика импульсов соединен со входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со входом амплитудного детектора, а выход амплитудного детектора соединен со входом индикатора. Структурная схема устройства измерения азимута маловысотного летательного аппарата показана на фигуре. Обозначения на фигуре следующие 1 - цилиндрический измерительный электрод 2 - цилиндрический экран 3, 4 - первое и второе, соответственно, окна экрана 5 - источник света, например светодиод 6 - фотоприемник, например фотодиод 7 - дифференциальный усилитель, выполненный, например, на микросхеме К 140 УД 7 8 - дифференцирующее устройство, выполненное, например, как усилитель с обратной связью на микросхеме К 140 УД 7 с параллельно включенным резистором 9, 10 - первое и второе, соответственно, пороговые устройства, выполненные, например, на микросхемах К 140 УД 1, К 140 УД 2 11 - счетчик импульсов, выполненный, например на микросхеме серии К 155 ИЕ 12, 13 - первая и вторая схемы И, например микросхемы 555 ЛИЗ 14 - триггер, выполненный, например, на микросхемах серии К 155 М 15 - генератор прямоугольных импульсов, выполненный, например, на микросхеме 555 ЛАЗ 16 - цифроаналоговый преобразователь, выполненный, например, на микросхеме К 572 ПА 1 17 - амплитудный детектор, выполненный, например, на микросхемах К 140 УД 7 18 - индикатор, например стрелочный 19 - источник эталонного напряжения, например аккумулятор. Устройство функционирует следующим образом. Маловысотный летательный аппарат при движении в атмосфере приобретает электрический заряд 3, который создает вокруг себя электрическое поле. Электрическое поле маловысотного летательного аппарата рассчитывается методом зеркального изображения 4, 5, так как поверхность Земли можно считать идеальной проводящей поверхностью. Горизонтальная составляющая напряженности этого поля направлена вдоль линии, соединяющей точку измерения с проекцией маловысотного летательного аппарата на плоскость местного горизонта, что и позволяет определять его азимут. 3 44712008.06.30 Напряженность электрического поля аппарата в точке приема равна где,,- составляющие вектора напряженности электрического поля вдоль осей координат. Величинане несет информации об азимуте цели. Горизонтальная составляющая напряженности электрического поля равна где- азимут маловысотного летательного аппарата. Экран 2, вращаясь с частотой , создает переменный ток на измерительном электроде 1 (см. фиг.). Ось ОХ устройства, вдоль которой расположены источник света 5 и фотоприемник 6, направлена на север. Измерительное окно 3 и сигнальное окно 4 экрана 2 пересекают ось ОХ одновременно. При этом на фотоприемник 6 падает световой импульс от источника света 5. Этот импульс преобразуется в электрический сигнал фотоприемником 6,а затем в тактовый импульс вторым пороговым устройством 10, с выхода которого этот импульс поступает на первый тактовый вход триггера 14. На второй информационный вход триггера 14 подается напряжение логической единицы с источника эталонного напряжения 19, которое, после прихода тактового импульса,передается на первый вход второй схемы И 13, на первый вход которой поступает напряжение в виде прямоугольных импульсов с выхода генератора прямоугольных импульсов 15. Напряжение с выхода второй схемы И 13 поступает на второй вход первой схемы И 12. В это же время сигнал с измерительного электрода 1 поступает на первый вход дифференциального усилителя 7, второй вход которого связан с цилиндрическим экраном 2. На выходе дифференциального усилителя 7 действует напряжение(5) 70 (-),где 0 - диэлектрическая постоянная вакуума- площадь первого измерительного окна 32 - циклическая частота вращения экрана 2 А - коэффициент пропорциональности- азимут маловысотного летательного аппарата- текущее время, отсчитываемое от начала тактового импульса. Выход дифференциального усилителя 7 соединен со входом дифференцирующего устройства 8, на выходе которого действует напряжение 8, величина которого будет больше нуля. Поэтому первое пороговое устройство 9, вход которого соединен с выходом дифференцирующего устройства 8, вырабатывает напряжение логической единицы, которое с выхода первого порогового устройства 9 поступает на первый вход первой схемы И 12. Следовательно, после начала действия тактового импульса прямоугольные импульсы, так как 44712008.06.30 вырабатываемые генератором 15, проходят первую 12 и вторую 13 схемы И и подсчитываются счетчиком импульсов 11. В момент времени 0 напряжение 8 становится равным нулю, и первое порого вое устройство 9 вырабатывает сигнал логического нуля, который, поступая на вход первой схемы И 12, прекращает подсчет импульсов счетчиком 11. С выхода счетчика 11 сигнал поступает на цифроаналоговый преобразователь 16, а с его выхода - на вход амплитудного детектора 17. Поскольку величинапрямо пропорциональна зарегистрированному промежутку 0, то индикатор 18 снимает с выхода амплитудного детектора 17 напряжение, прямо пропорциональное азимуту , и регистрирует его. Работа устройства-прототипа основана на определении величины. При углах ,близких к 90 и 270,стремится к бесконечности 6. Поэтому в пределах углов , равных (9015) и (27015), возникает неопределенность в определении азимута маловысотного летательного аппарата. Заявляемое устройство позволяет измерить величину азимута во всем диапазоне его изменения, так как измеряется величина напряжения, прямо пропорциональная самому углу . Таким образом, включение источника света, фотоприемника, дифференцирующего устройства, второго порогового устройства, счетчика импульсов, первой и второй схемы И, триггера, генератора прямоугольных импульсов, цифроаналогового преобразователя,источника эталонного напряжения обеспечивает измерение величины азимута маловысотного летательного аппарата во всем диапазоне его изменения, чем расширяются технические возможности устройства-прототипа. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.