Система слежения морского комплексированного наблюдательного оптико-электронного прибора по азимуту

Данила Харитонов

Система слежения морского комплексированного наблюдательного оптико-электронного прибора по азимуту

Целью данной работы является разработка конструктивной схемы морского комплексированного ОЭП, а также синтез законов управления и исследование динамики управления системы слежения по углу азимута для корабля. Задачи проекта: 1) Разработка конструктивной схемы управляемого ОЭП; 2) Построение структурной схемы системы слежения; 3) Расчет и выбор двигателя; 4) Расчет системы слежения; 5) Моделирование замкнутой системы.

Приборостроение

Дипломы

Вуз: Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ (КНИТУ КАИ)

ID: 62272bc8e4dde50001bcbe49

UUID: 0651a100-80f6-013a-4059-0242ac180005

Язык: Русский

Опубликовано: почти 3 года назад

Просмотры: 22

10.44

Данила Харитонов

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ (КНИТУ КАИ)

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 2,6 МБ

Поделиться работой

Казанский Национальный Исследовательский Технический Университет им. А.Н.Туполева – КАИ Институт автоматики и электронного приборостроения Кафедра «Оптико – электронных систем» 12.03.02 Оптотехника Система слежения морского комплексированного наблюдательного оптикоэлектронного прибора по азимуту ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА ПО НАПРАВЛЕНИЮ 12.03.02 «ОПТОТЕХНИКА» Работу выполнил: Харитонов Д.Ю., гр.3437 (ФИО, группа) Руководитель ВКР: доцент, к.т.н., Карпов А.И. (Должность, ФИО) Казань 2021 _________ _________ (Подпись) _______ (Подпись) (Дата) _______ (Дата)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ» (КНИТУ-КАИ) Институт__АЭП______________________________________ Кафедра ___ОЭС________________________________________________________ Направление/специальность_12.03.02 Оптотехника УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой ОЭП ___________________________ «___»_______________20___г. ЗАДАНИЕ на выпускную квалификационную работу бакалавра Харитонова Данилы Юрьевича (фамилия, имя, отчество) 1. Тема выпускной квалификационной работы Система слежения морского комплексированного наблюдательного оптико – электронного прибора по азимуту утверждена приказом по университету от "______"____________2021 г. №__________ 2. Срок сдачи обучающимся законченной выпускной квалификационной работы__________ 3. Исходные данные к выпускной квалификационной работе 3.1. Масса платформы m 3.2. Момент инерции нагрузки Jн 3.3. Температура объекта наблюдения, Тоб = 970 К 3.4. Размер цели – 4.5 м2 3.5. Расстояние до цели – 6 км 3.6. Амплитуда и период качки по азимуту – 𝐴𝑘 = 10 градусов, Т0 = (5 - 10) с 3.7. Скорость движения цели по азимуту: Ас = 40 град/с 3.8. Амплитуда и частота вибраций по азимуту: нв = 2.5 угл. минут и fВ = 10 Гц 3.9. Примечание: Масса платформы m и момент инерции нагрузки Jн будут определены после выполнения пункта 4.3. 4. Содержание расчётно-пояснительной записки 4.1. Вводная часть ( информационный обзор и постановка задачи) 4.2. Энергетический расчет тепловизионного канала 4.3. Разработка конструктивной схемы управляемого комплексированного ОЭП с применением SolidWorks 4.4. Расчет системы сканирования по азимуту 4.4.1. Расчет и выбор привода 4.4.2.Синтез сканирования 4.4.3. Анализ устойчивости и качества регулирования частотным методом 4.5. Моделирование системы сканирования 2

Консультанты по проекту (работе) (с указанием относящихся к ним разделов): Раздел Консультант (фамилия и инициалы) Подпись, дата Задание выдал 4.2 Лейченко Ю.А. 4.3 Богачев Э.А. Задание принял Дата выдачи задания ____________ Руководитель проекта _____________ ______________________________ (подпись) (фамилия и инициалы) Задание к исполнению принял ________________________ (подпись) П р и м е ч а н и е. представляется в ГЭК. 1 Задание прилагается к законченной выпускной квалификационной работе и вместе с пояснительной запиской. 2 Перед началом выполнения выпускной квалификационной работы обучающийся разрабатывает календарный план работы с указанием очерёдности выполнения отдельных этапов, согласовывает его с руководителем выпускнгой квалификационной работы. Календарный план № п/п Наименование этапов выпускной квалификационной работы Срок выполнения этапов выпускной квалификационной работы 1 2 Анализ исходных данных ВКР Информационный обзор и постановка задачи (вводная часть) Энергетический расчет тепловизионного канала Разработка конструктивной схемы управляемого комплексированного ОЭП Расчет системы стабилизации изображения Расчет и выбор привода Синтез системы стабилизации изображения Анализ устойчивости и качества регулироваия частотным методом Моделирование системы стабилизации изображения Оформление пояснительной записки Разработка материалов презентации ВКР Предварительная защита 05.03.2021 12.03.2021 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Студент ____________________ Примечание 19.03.2021 26.03.2021 02.04.2021 09.04.2021 16.04.2021 23.04.2021 30.04.2021 07.05.2021 14.05.2021 21.05.2021 Руководитель ___________________ 3

Содержание ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 6 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ............................................................................................... 12 2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВИЗИОННОГО КАНАЛА .................... 14 2.1. Законы теплового излучения ............................................................................. 14 2.2. Энергетический расчет ....................................................................................... 20 3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ УПРАВЛЯЕМОГО КОМПЛЕКСИРОВАННОГО ОЭП.............................................................................. 31 3.1. Расчет параметров объективов (ИК, видимый, дальномер) ........................... 31 3.1.1. Определение параметров ИК объектива .................................................... 31 3.1.2. Определение параметров видимого объектива.......................................... 31 3.1.3. Определение параметров дальномера (объективов приемника излучения и излучателя) ........................................................................................................... 32 3.2. Предварительный расчет и выбор привода ...................................................... 33 3.2.1. Определение масс (m) и моментов инерции (Jн) (объектива с оправой)............ 34 3.2.2. Определение требуемой мощности, момента и типа двигателя........................ 41 3.3. Общий вид модели ОЭП .................................................................................... 43 3.4. Модель объектива и ВОГ ................................................................................... 46 3.5. Характеристики ВОГ .......................................................................................... 47 3.6. Массовые и инерциальные характеристики ОЭП ........................................... 50 4. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ СЛЕЖЕНИЯ ПО УГЛУ АЗИМУТА .................................. 51 4.1. Оценки допустимых погрешностей системы слежения ................................. 51 4.2. Расчет и выбор привода ..................................................................................... 55 4.2.1. Определение параметров нагрузки и выбор двигателя по азимуту. ....... 56 4.3. Синтез системы слежения .................................................................................. 57 4.3.1. Построение структурной схемы с указанием передаточных функции звеньев. ..................................................................................................................... 59 4.3.2. Расчет параметров системы слежения ........................................................... 60 4.4. Анализ устойчивости и качества регулирования ССл частотным методом (построение ЛАХ и ЛФХ) ......................................................................................... 62 4

4.4.1. Построение исходной и желаемой ЛАХ ..................................................... 63 4.4.2. Построение ЛАХ и ЛФХ желаемой разомкнутой системы в программе MATLAB .................................................................................................................. 65 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ СЛЕЖЕНИЯ .................................................... 67 5.1 Разработка схемы моделирования...................................................................... 67 5.2 Оценка динамики системы слежения ................................................................ 70 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................. 71 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................................. 72 Приложение 1 ................................................................................................................ 74 Приложение 2 ................................................................................................................ 75 Приложение 3 ................................................................................................................ 76 5

ВВЕДЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЗОР (вводная часть) Теплопеленгатор приборостроения. относится Достигаемый к области технический оптико-электронного результат - обеспечение сканирования заданной зоны пространства с высокой кадровой частотой, уменьшение времени обзора при обеспечении высокого углового разрешения и пороговой чувствительности, при этом конструкция устройства компактна и обладает малыми весогабаритными характеристиками. Теплопеленгатор включает в себя оптически сопряженные двухкоординатную оптическую сканирующую систему (ДОСС), телескоп с встроенным уголковым зеркалом, два оптических клина (ОК), выполненных с возможностью вращения с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях, объектив, матричное фотоприемное устройство (МФПУ), блок первичной обработки сигнала, блок вторичной обработки данных и центральный блок управления, при этом ДОСС выполнена с возможностью вращения вокруг вертикальной и горизонтальной оси, уголковое зеркало и два ОК снабжены датчиками положения и приводами вращения и выполнены с возможностью вращения вокруг вертикальной оси по командам от блока управления приводами (БУП), а БУП выполнен с возможностью формирования синхронизированных траекторий движения вращающихся узлов, функционально связанных с кадровой частотой МФПУ. Возможны варианты исполнения ДОСС, включающей в себя призму-куб или два плоских зеркала, размещенных на горизонтальной платформе, при этом горизонтальная платформа выполнена с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, а призма-куб или второе из зеркал с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси [2,6]. Благодаря использованию теплопеленгатора в процессе обнаружения и наблюдения могут быть решены следующие задачи: 1. Распознавание – установление принадлежности тепловой цели к сравнительно узкому классу техники 6

2. Идентификация – конкретизация вида и деталей тепловой цели 3. Обнаружение – установление в пространстве наличие тепловой цели 4. Классификация – установление факта, что тепловая цель принадлежит к некоторому классу объектов специальной техники. Известны оптико-электронные системы, осуществляющие поиск и сопровождение излучающих объектов, имеющие в своем составе входную оптическую систему, двухкоординатное поворотное устройство, фотоприемное устройство с блоками обработки продетектированных сигналов, и построенные на основе следующих принципов: 1. Растровые системы, в которых расчленение поля зрения осуществляется с помощью растра (кодирующего устройства), расположенного в плоскости изображения. Недостатком этих систем является низкая чувствительность и угловое разрешение аппаратуры. 2. Системы, сканирующие поле обзора с использованием многоэлементных линеек фотоприемников (системы строчно-кадрового обзора). Системы этого типа, кроме двухкоординатного поворотного устройства, могут иметь встроенное однокоординатное устройство, формирующее изображение в отдельных кадрах зоны обзора. Недостатком этих систем является малое время накопления сигнала и, как следствие, пониженная чувствительность аппаратуры. 3. Системы на базе мозаичных (матричных) фотоприемников. Недостатком этих систем является низкая скорость сканирования зоны обзора, обусловленная требованиями по угловому разрешению и чувствительности аппаратуры, так как в данном случае скорость сканирования ограничивается отношением углового разрешения и времени накопления сигнала [4]. Под теплопеленгацией понимают определение направления на нагретые тела, например корабли, самолеты, паровозы, танки и т. п. В противоположность радиолокационным установкам, теплопеленгаторы во время работы не посылают к объекту наблюдения (цели) никакой энергии, а действуют на пассивном принципе, получая излучения от цели и от фона и реагируя на контраст этих излучений. 7

Первые приборы тепловой разведки Приборы тепловой разведки стали применяться в годы второй мировой войны для поиска и определения пеленга (углов визирования) надводных кораблей, подводных лодок, самолётов, а после войны — ракет и других объектов, а также для пространственного ориентирования космических аппаратов и искусственных спутников Земли. В Советском Союзе с 1927 года велись активные разработки по внедрению теплопеленгаторов в ВВС и ВМФ.И можно сказать, что в этом направлении ВМФ продвинулся больше других родов войск. В 1929 году Военно-техническое управление РККА поручило Всесоюзному электротехническому движущегося самолёта институту по его проверить возможность тепловому (инфракрасному) обнаружения излучению. Выяснилось, что главной помехой является погода, а точнее плотные облака и Луна, которые принимались аппаратурой за самолёт. Решено было работы по этому направлению свернуть и апробировать новый метод в других родах войск. Теплопеленгатор в ВМФ изображен на рисунке ниже. 8

Уже в 30-х годах на торпедных катерах, базирующихся в бухте Пейпия, стали устанавливаться первые теплопеленгаторы. Дальность, при которой теплопеленгатор мог обнаружить торговое судно, составляла 8-9 километров, сторожевой корабль — 12-16 километров, эскадренный эсминец — 16-22 километра, подводную лодку в надводном положении прибор мог уловить на расстоянии 3-4 километров и паровой катер — 4-5 километров [5]. Согласно номенклатуре изделий, прилагающейся к плану заказов Народного комиссариата обороны, Наркомата Военно-морского флота и Наркомата внутренних дел, в течение 1940 года было запланировано изготовить восемь береговых (подвижных) теплопеленгаторов. Общая стоимость работ составляла 2 миллиона 800 тысяч рублей. В первом квартале основной исполнитель — Наркомат судостроительной промышленности (НКСП)- должен был поставить предполагалось уже два выполнить таких теплопеленгатора. непосредственно на Монтажные работы месте, флоте. на Теплопеленгаторы изготавливались на военном заводе №192. Подвижный теплопеленгатор изображен на рисунке ниже. 9

В начале Великой Отечественной войны на Черноморском флоте было задействовано 15 усовершенствованных таких установок, а к ноябрю флот получил ещё 18 теплопеленгаторов, существенно облегчающим охрану главной морской базы — Севастополь. Всего за годы войны в армию и на флот было поставлено около семи тысяч различных приборов, поставляемых ведущими НИИ. Разработкой инфракрасной техники занимался также Всесоюзный государственный институт телемеханики и связи (ВГИТИС), переименованный в 1936 году в НИИ-10, а в настоящее время — Морской научно-исследовательский институт радиоэлектроники «Альтаир». Новое направление по созданию инфракрасной техники было решено осваивать в 1939 году, была создана специальная лаборатория теплопеленгации под руководством Н.Д. Смирнова. В лаборатории занимались, в основном, двумя направлениями — разработка теплопеленгаторов для автомобилей и кораблей. Сотрудники работали в рекордно сжатые сроки. Уже в год образования лаборатории в Севастополе они провели первые испытания автомобильного теплопеленгатора. После небольших изменений и необходимых доработок этот же пеленгатор испытали на прочность при обнаружении морского транспорта. Результат — 30 километров. Этот теплопеленгатор стал выпускаться серийно, им были оснащены береговые соединения ВМФ [9]. Благодаря пассивному принципу работы теплопеленгатор, как и другие следящие и поисковые приборы тепловой разведки, обладали рядом преимуществ перед радиолокаторами. 10

Теплопеленгатор состоял из следующих основных частей: — приёмного устройства с параболическим зеркалом диаметром 60-150 сантиметров, в фокусе которого был расположен приёмник инфракрасных лучей (термоэлемент, болометр, фотосопротивление); — модулятора в виде вращающегося диска с отверстиями для прерывания (модуляции) инфракрасных лучей на пути от цели к приёмнику; — усилителя — электронного прибора для усиления сигнала от приёмника до величины, достаточной для срабатывания автоматики слежения; — индикаторов, показывающих на экране цель и её пеленг. Целью данной работы является разработка конструктивной схемы управляемого ОЭП, а также синтез законов управления и исследование динамики управления системы слежения ОЭП, базируемого по углу азимута, на корабле. Проанализировав задание на выпускную квалификационную работу, рассмотрим систему наведения и стабилизации изображения (СНС) ОЭП, находящемся на управляемой корабельной платформе, где размещены ОЭП с тремя каналами наблюдения: телевизионный (ТВП), тепловизионный (ТП) и лазерный дальномер (ЛД). На платформе размещены два чувствительных элемента – датчики угловой скорости (ДУС), измеряющие угловые скорости платформы по осям управления; 11

датчик угла (ДУ) и ротор моментного двигателя (МД) (рис.2). Соосно с осью внешней рамки размещены МД и ДУ по курсу [1]. Рис.2. Функциональная схема СНС ОЭП Обозначения: 1 – ОЭП, управляемая по углу места; 2 – внешняя рамка, управляемая по азимуту (курсу), 3 – корпус прибора, закрепленный на корабле. 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Исходные данные к выпускной квалификационной работе: Температура объекта наблюдения, 𝑇об = 970 К; Размер цели – 4,5 м2 ; Расстояние до цели – 6 км; Амплитуда и период качки по азимуту – 𝐴𝑘 = 10 градусов, 𝑇0 = (5 − 10) с; Скорость движения цели по азимуту – 𝐴с = 40 град⁄с ; Амплитуда и частота вибраций по азимуту: 𝐻в = 2,5 угл. минут и 𝑓в = 10 Гц. 12

Движение корабля вокруг своего центра масс определяется углами качки: рысканья (к ), килевой качкой (к ), бортовой качкой (𝛾к ) (рис.3). Рис.3. Координаты корабля. Рыскание – угловые движения летательного аппарата, судна, автомобиля относительно вертикальной оси, а также небольшие изменения курса вправо или влево, свойственные судну. Килевая качка — переменное наклонение плавающего судна на нос и корму под действием волнения или других внешних сил. Бортовая качка — переменное наклонение плавающего судна на правый и на левый борт под действием волнения или других внешних сил. 13

2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВИЗИОННОГО КАНАЛА 2.1. Законы теплового излучения Функциональная схема теплопеленгатора представлена на рис.4,а [1-4]. Зеркальный объектив (Об) фокусирует излучение цели на фотоприемник (ФП), перед которым стоит оптический фильтр (Ф), пропускающий излучение цели в спектральном диапазоне ∆λ, соответствующем чувствительности ФП и одному из «окон прозрачности» атмосферы 3-5 или 8-14мкм. Система сканирования (СК) обеспечивает перемещение визирного луча ТП для построчного просмотра поля обзора. Электрический сигнал, снимаемый с ФП, подается на усилитель (У), где одновременно подвергается квазиоптимальной фильтрации для максимизации выходного отношения сигнал/шум. б) a) Рис.4. а – функциональная схема теплопеленгатора, б – к понятию кружка рассеяния. Далее этот сигнал поступает на пороговое устройство (ПУ), при превышении им определенного порогового уровня принимается решение о наличии в поле обзора тепловой цели (ТЦ), о координатах которой судят по времени срабатывания ПУ и номеру чувствительного элемента ФП, принявшего сигнал. Параллельно с ПУ может быть включено видеоконтрольное устройство (ВКУ) для визуализации выходных сигналов ТП. Синхронизацию движения 14

визирного луча в поле обзора и развертки выходного сигнала на ВКУ обеспечивает система синхронизации (СН). Оптическое изображение минимального элемента удаленной ТЦ в фокальной плоскости объектива представляет собой кружок рассеяния с диаметром, равным стороне чувствительного элемента ФП (рис.4,б). При сканировании чувствительного элемента ФП, с него снимается полезный сигнал в виде колокольного импульса, который можно аппроксимировать формулой [6]: U ( t ) = U m cos2 ( t / 2 ), (−  t   ), (2.1) где U m - амплитуда;  - длительность импульса. Амплитуда U m и 𝐴0 (площадь входного зрачка ТП) определяются по формулам [2,6]: Um = MAц А0 0  L2 ; (2.2) A0 =  D02 / 4; (2.3) Разность энергетической светимости объекта и фона ∆𝑀 вычисляется по формуле [1]: M =    ц М ц ( ) −  ф М ф ( )  S ( ) a ( )d  , где Ац – площадь объекта (цели), м2; А0 – (2.4) площадь входного зрачка ТП, м2; D0 - диаметр входного зрачка объектива, м2; τ0 - коэффициент пропускания оптики ТП; L - дистанция до ТЦ, м; Мц (λ), Мф(λ) – спектральная плотность энергетической светимости ТЦ и фона, Вт/(м2 мкм); εц, εф – коэффициенты излучения объекта и фона в спектральном рабочем диапазоне ТП ∆λ; S(λ) – относительная спектральная чувствительность ФП; τa (λ) – спектральный коэффициент пропускания атмосферы на трассе длиной L в полосе ∆λ. Зависимости Мц (λ) и Мф(λ) рассчитываются на основе законов Планка и Голицына – Вина по формулам [2]: M () = MmY ( / m ); m = 2898/ T ; M m = 1,2864 10 −11T 5 Вт/(м2 мкм), (2.5) 15

где Т – температура объекта или фона, К; Y ( / m ) – единая изотермическая кривая (рис.5), полученная из формулы Планка [1,2]: Y ( / m ) = 142.32( х)−5[exp(4.9651/ ( х)) − 1]−1, х =  / m График спектрального коэффициента пропускания τан(λ) стандартной атмосферы (метеорологическая дальность видимости Sмм = 20км, абсолютная влажность wн =17г/м3) на горизонтальной трассе длиной Lн =1850 м изображен на (рис.6) [1,4]. Рис.5. Единая изотермическая кривая У(/m) Для перехода к спектральному диапазону пропускания атмосферы τа(λ) для произвольных значений Sм, w и L можно воспользоваться формулой [2,4]:  а ( ) =  ан ( )  ( ) L  H (  ) LH (2.6) где β(λ), βН(λ) - спектральные показатели ослабления для данной и стандартной атмосферы соответственно, м-1. 16

Рис.6. График коэффициента пропускания стандартной атмосферы Отношение β(λ) / βН(λ) приближенно равно соответствующему отношению β / βН интегральных показателей ослабления в диапазонах ∆λ1 = 3 – 5 мкм или ∆λ2 = 8 – 14 мкм, которые для атмосферы, не содержащей гидрометеоров и температуры воздуха tв > -120С, могут быть оценены по общей формуле: β=  2,3 − 0,5 ln S м  −3 0,15 lg( w / 217 ) + 1,2 + 10 при 1 ; S м    1,66 − 0,35 ln S м  −3 0,05 + 0,015 w + 10 при 2 S м   (2.7) Длительность выходного импульса ФП (входного сигнала усилителя ТП) τ равна [2]: n 2 = ; F  2 C  2 K  = / f , (2.8) где τ – длительность импульса, с; n – число чувствительных элементов ФП; δ – элементарное поле зрения, рад; a - размер чувствительного элемента, м; f - фокусное расстояние объектива, м; η - коэффициент использования развертки (КПД сканирования); F - частота кадров, Гц; 2βС *2βК - поле обзора по строке и кадру, рад2. 17

Спектральную плотность шума ФП на входе усилителя считаем равномерной (шум белый): G() = G0 = 50a / Dm2 , (2.9) где D m - максимальная удельная обнаружительная способность ФП, см Гц1/2/Вт. С учетом того, что отношение сигнал/шум на выходе усилителя оптимального фильтра равно [3]: 1 m=  2 U 2 ( )d   G0  −  1/ 2 , U m 2 sin  где U ( ) = - спектр импульса (2.1), расчет значения m дает: ( 2 −  2 2 ) 1,22U m Dm 1,22 МАц D02 0 Dm m= = 100 a 400 L2 a На практике вместо оптимального обычного (2.10) используется квазиоптимальный фильтр, который гораздо проще, например, двухзвенный интегрирующий фильтр с амплитудно-частотной характеристикой вида [3]: K ( ) = 1 1 + (T ) 2 ; Т = RC ;  = 2f (2.11) где Т – постоянная времени фильтра, с. Значение Т подбирается так, чтобы полоса пропускания фильтра по уровню 0,7 совпадала с таковой для оптимального фильтра, определяемой из уравнения U (2f ) / U (0) = 0,7 и равной f = 0,375 /  . Решая уравнение K (2f ) = 0,7 , находим искомое соотношение: T= 0,1 = 0,27 f (2.12) Значение отношения сигнал/шум на выходе фильтра (2.11) с учетом (2.12) лишь незначительно отличается от рассчитываемого по (2.10). 18

Рабочие характеристики ТП определяются следующими формулами: • вероятность обнаружения объекта [3,4]: 1 Робн = 1 + Ф(m −  ), 2 2 Ф(  ) = 2 х −t e 2 /2 dt , (2.13) 0 где Ф() - интеграл вероятностей [4]; χ – относительный порог обнаружения; • зависимость Робн = f(х): х = m-χ ... 0 0,85 1,3 1,65 Робн 0,5 0,8 0,9 0,95 … (2.14) • средняя частота ложных тревог [3]: FЛТ = f 0 exp( −  2 / 2) , (2.15) где среднеквадратическая частота выходного шума, Гц.   2 1   2 u ( )d u ( )d  0,29 f0 = /  − G0  =  2 − G0 (2.16) Среднеквадратическая ошибка (СКО)  оценки угловых координат объекта определяется главным образом дискретностью ФП в направлении, перпендикулярном сканированию, равна:  тц =  2 / 12 = 0,29 (2.17) При расчете необходимо учитывать, что для диаметра входного зрачка ТП имеют место следующие ограничения: • конструктивное, обусловленное необходимостью коррекции аберраций объектива: D0 < f ; (2.18) • принципиальное, ограниченное дифракционным кружком рассеяния объектива [2]: D0 2,44  10−6 ср  (2.19) где λср - средняя длина волн в интервале ∆λ, мкм. 19

2.2. Энергетический расчет Энергетический расчет ТП в основном сводится к выбору фотоприемника, определению диаметра входного зрачка и фокусного расстояния объектива, исходя из требований к рабочим характеристикам ТП. Исходные данные для расчета: 𝐴об = 4,5 м2 ; 𝑇об = 970 К; 𝑇ф = 300 К; 𝐿 = 4 км; 𝑆м = 12 км; 𝑤 = 5 г⁄м3 ; 𝜀об = 𝜀ф = 0,7; 2𝛼0 2𝛽0 = 2𝜋 × 𝜋 ; 𝜎тц = 0,15 мрад; 𝜂 = 0,7; 𝐹лт = 10−3 ; 3,6 𝐹 = 250 Гц. где 𝐴об − размер объекта наблюдения (ОН), м2, 𝑇об − температура ОН, К, 𝑇ф − температура фона, К, 𝐿 − расстояние до цели, м, 𝑆м − метеорологическая дальность видимости, км, 𝑤 − абсолютная влажность воздуха, г/м3, 𝜀об , 𝜀ф − коэффициенты излучения фона и объекта наблюдения, 2𝛼0 2𝛽0 − поле обзора, рад2, 𝜎тц − СКО оценки угловых координат ТЦ, рад, 𝜂 − КПД сканирования, 𝐹лт − средняя частота ложных тревог, Гц, 𝐹 − частота кадров, Гц, Типовые зависимости ФП: спектральные чувствительности S(λ) приведены на рис.7. Дополнительно рекомендуется выбор общих для всех вариантов параметров, необходимых для расчета: • коэффициент пропускания оптики: 0 = (0.6 – 0.8), • коэффициент излучения фона: ф = (0.7 - 0.9), • КПД сканирования:  = (0.5 – 0.95), • частота кадров: F = (50 - 400) Гц. • вероятность обнаружения: Робн = (0.7 – 0.95). • средняя частота ложных тревог: Fлт = (10-4 – 10-2) Гц. Параметры других конкретных ТЦ можно найти в справочнике [11,12,19]. 20

Рис.7. Относительная спектральные чувствительности S(λ) ФП Порядок расчета 1. Выбираем спектральный рабочий диапазон ∆𝜆 = 3 − 5 мкм, соответствующий 𝑇об = 970 К; 2. Для выбранного ∆𝜆 = 3 − 5 мкм подбираем один из имеющихся образцов ФП с соответствующими параметрами n, a, Dm* по табл.1 (приложение 1): 1 ∗ 𝐷𝑚 = 0,8 ∙ 1011 смГц2 ⁄Вт , 𝑛 = 560 × 560, 𝑎 = 15 мкм. где ∆𝜆 − спектральный рабочий диапазон, мкм, 𝑛 − число чувствительных элементов матрицы, 𝑎 − размер элемента матрицы, м, ∗ 𝐷𝑚 − удельная обнаружительная способность в максимуме, (смГц1/2)/Вт. 3. Определяем, согласно (2.17), максимальное значение элементарного поля зрения: 𝛿м = 𝜎тц ⁄0,29 = 0,15⁄0,29 = 0,517 мрад = 0,517 ∙ 10−3 ∙ 2,06 ∙ 105 = 106,5 угл. с. 4. Рассчитываем, задавшись значениями η, F, длительность входного сигнала усилителя по (2.8): 𝑛𝛿 2 𝜂 560 ∙ (0,517 ∙ 10−3 )2 ∙ 0,7 𝜏= = = 7,6 ∙ 10−8 с. 𝜋 𝐹 ∙ 2𝛼0 2𝛽0 250 ∙ 2𝜋 × 3,6 5. Определяем по (2.16) среднеквадратическую частоту выходного шума: 𝑓0 = 0,29⁄𝜏 = 0,29⁄7,6 ∙ 10−8 = 3,816 МГц. 6. Рассчитываем из (2.13) относительный пороговый уровень обнаружения: 𝜒 = √−2ln(𝐹лт ⁄𝑓0 ) = √−2ln(10−3 ⁄3,816 ∙ 106 ) = 6,643. 21

7. Рассчитываем из (2.14), задавшись значением 𝑃обн = 0,8 из (выражения (2.14) и 𝑃обн = 𝑓(𝑥), необходимое отношение сигнал/шум: 𝑚 = 𝜒 + 𝑥 = 6,643 + 0,85 = 7,493. 8. Вычисляем согласно (2.5) для заданных значений 𝑇об = 970 К и 𝑇ф = 300 К значения λmоб, λmф, Мmоб, Мmф: 𝜆𝑚об = 2898⁄𝑇об = 2898⁄970 = 2,987 мкм; 𝜆𝑚ф = 2898⁄𝑇ф = 2898⁄300 = 9,66 мкм; 5 𝑀𝑚об = 1,3 ∙ 10−11 ∙ 𝑇об = 1,3 ∙ 10−11 ∙ 9705 = 11163,54 Вт⁄м2 ∙ мкм; 𝑀𝑚ф = 1,3 ∙ 10−11 ∙ 𝑇ф5 = 1,3 ∙ 10−11 ∙ 3005 = 31,59 Вт⁄м2 ∙ мкм. 9. Для интервала ∆𝜆 = (3 … 5) мкм с шагом 0,5 мкм рассчитываем значения функций: 𝑀об (𝜆) = 𝑀𝑚об 𝑌(𝜆𝑖 ⁄𝜆тоб ) ; 𝑀ф (𝜆) = 𝑀𝑚ф 𝑌(𝜆𝑖 ⁄𝜆тф ), используя график (рис.8) сведем в табл.1. Графики зависимости Мтоб (λ) от λ и Мтф (λ) от λ представлены на рис.9, 10. 22

Рис.8. Единые изотермические кривые У(/mоб), У(/mф) 23

Рис.9. График зависимости Мтоб (λ) от λ Рис.10. График зависимости Мтф (λ) от λ 24

Приведем вычисления / λmоб , Y(/ λmоб), Моб , / λmф , Мф с помощью программы Matchad 15. Полученные значения сведем в таблицу 1. 25

Таблица 1 , мкм 3,25 3,75 4,15 4,75 5 / λmоб 1.088 1.255 1.389 1.59 1.674 Y(/ λmоб) 0.983 0.891 0.793 0.645 0.588 Моб 1.097∙104 9.947∙103 8.853∙103 7.2∙103 6.564∙104 / λmф 0.336 0.388 0.43 0.492 0.518 Y(/ λmф) 0.013 0.045 0.093 0.204 0.261 Мф 0.411 1.422 2.938 6.444 8.245 26

10. Рассчитываем по (2.7) для заданных 𝑆м = 12 км; 𝑤 = 5 г⁄м3 соответствующие значения β, βн: 𝛽 = [0,15𝑙𝑛(𝑤/217) + 1,2 + 2,3 − 0,5𝑙𝑛𝑆м 2,3 − 0,5𝑙𝑛12000 ] ∙ 10−3 = [0,15𝑙𝑛(5/217) + 1,2 + ] ∙ 10−3 = 𝑆м 12000 = 0,63 ∙ 10−3 м−1 ; 𝛽н = 0,86 ∙ 10−3 м−1 . 11. Используя график (рис.4), рассчитываем по (2.6) с учетом заданных 𝐿 = 4 км, 𝐿н = 1850 м значения спектрального коэффициента пропускания атмосферы: 𝛽𝐿 0,63∙4 𝜏а (𝜆) = [𝜏ан (𝜆)]𝛽𝐻𝐿𝐻 = [𝜏ан (𝜆)]0,86∙1,85 = [𝜏ан (𝜆)]1,584 . Полученные значения сведем в табл.2. Таблица 2 ,мкм 3,25 3,75 4,15 4,75 5 ан() 0.11 0.87 0.82 0.58 0.43 а() 0.03 0.8 0.73 0.42 0.26 12. Используя графики 𝑆(𝜆) (см. рис.5) и 𝜏а (𝜆), 𝑀об (𝜆), 𝑀ф (𝜆) (табл.1,2), для заданных 𝜀об = 𝜀ф = 0,7 вычислим эффективную разность энергетической светимости объекта и фона (расчет выполняется графически или численно) по формуле (2.4) с помощью программы Matchad 15. Результаты вычислений сведем в табл.3. 27

𝜆𝑖 =5 ∆𝑀 = ∫ [𝜀об 𝑀об (𝜆) − 𝜀ф 𝑀ф (𝜆)]𝑆(𝜆)𝜏а (𝜆) 𝑑𝜆 = ∑ 0,7[𝑀об (𝜆) − 𝑀тф (𝜆)]𝑆(𝜆)𝜏а (𝜆𝑖 )0,5 мкм = 𝜆𝑖 =3 ∆𝜆 3 3 3 3 = 97.904 + 2.576∙10 + 2.148∙10 + 1.047*10 + 596.574 = 6.465*10 Вт⁄м2 . Таблица 3 , мкм 3,25 3,75 4,15 4,75 5 S() 0.85 0.925 0.95 0.99 1 М 97.904 2.576∙103 2.148∙103 1.047*103 596.574 13. Рассчитываем из (2.10), с учетом полученных энергетических характеристик: 𝑚 = 7.493, ∆𝑀 = 6.465 ∙ 103 Вт⁄м2 , 𝜏 = 7.6 ∙ 10−8 с и заданных: 𝐴об = 4,5 м2 ; 1 ∗ 𝐿 = 6 км; 𝜏0 = 0,8, 𝐷𝑚 = 0.8 ∙ 1011 смГц2⁄Вт , 𝑎 = 15 мкм искомый диаметр входного зрачка: 400𝑚𝐿2 𝑎 400 ∙ 7,493 ∙ 60002 ∙ 15 ∙ 10−6 𝐷0 = √ = = 0.016 м → √ ∗ 𝐴 𝜏 1,22∆𝑀√𝜏𝐷𝑚 1,22 ∙ 6.465 ∙ 103 ∙ √7,6 ∙ 10−8 ∙ 0,8 ∙ 109 ∙ 4,5 ∙ 0,8 об 0 → 16 мм; 14. Находим фокусное расстояние объектива: 𝑓 ′ = 𝑎⁄𝛿 = 15 ∙ 10−6 ⁄0,517 ∙ 10−3 = 29 мм > 𝐷0 = 16 мм; 15. Проверяем выполнение ограничения D0 < f, если оно выполняется переходим к следующему пункту: 𝐷0 > 2,44 ∙ 10−3 𝜆𝑚𝑎𝑥 ⁄𝛿 = 2,44 ∙ 10−3 ∙ 5⁄0,517 ∙ 10−3 = 23,59 → 24 мм; 16. Скорректируем фокусное расстояние и размер элемента ФП из условия: 𝑓 ′ ⁄𝐷0 = 1 = 1,25 → 𝑓 ′ = 1,25𝐷0 = 1,25 × 24 = 30 мм; 0,8 𝑎 = 𝛿м 𝑓 ′ = 0,517 ∙ 10−3 ∙ 30 ∙ 10−3 = 15,51 → 16 мкм; 𝑓 ′ = 𝑎⁄𝛿 = 16 ∙ 10−3 ⁄0,517 ∙ 10−3 = 30,9 мм → 35 мм; 𝑓 ′ ⁄𝐷0 = 35⁄24 = 1,46; 17. Находим по (2.12) постоянную времени квазиоптимального RC – фильтра: 𝑇 = 0,27𝜏 = 0,27 ∙ 7,6 ∙ 10−8 = 2 ∙ 10−8 с; 28

18. Оценим поле зрения 2𝜔0 : 2𝜔0 = 1,41𝑎𝑛⁄𝑓′ = 1,41 ∙ 16 ∙ 10−3 ∙ 560⁄35 = 0,36096 рад = 20,68°. 19. В результате энергетического расчета для выполнения исходных данных необходимо обеспечить следующие требования к элементам ТП: 1 ∗ 𝐷0 = 24 мм, 𝑓 ′ = 35 мм, 𝐷𝑚 = 0,8 ∙ 1011 смГц2 ⁄Вт , 𝑛 = 560 × 560, 𝑎 = 16 мкм, 𝑚 = 7,493, 𝑃обн = 0,8, 𝐹лт = 10−3 , 𝐹 = 250 Гц, 𝑇 = 2 ∙ 10−8 с, 𝜎тц = 0,15 ∙ 10−3 мрад = 0,15 ∙ 10−3 ∙ 2,06 ∙ 105 = 30,9 угл. с, 2𝜔0 = 20,68°. В связи с большим значением 2𝜔0 = 20,68° выберем МФП по табл.1 и ∆𝜆 = 3 − 5 мкм с параметрами: 1 ∗ 𝐷𝑚 = 1 ∙ 1011 смГц2 ⁄Вт , 𝑛 = 256 × 256, 𝑎 = 25 мкм. С изменением этих параметров в расчете изменятся следующие выражения: 20. Задавшись значениями η, F, находим длительность входного сигнала усилителя по (2.8): 𝑛𝛿 2 𝜂 256 ∙ (0,517 ∙ 10−3 )2 ∙ 0,7 𝜏= = = 3.494 ∙ 10−8 с. 𝜋 𝐹 ∙ 2𝛼0 2𝛽0 250 ∙ 2𝜋 × 3,6 21. Определяем по (2.16) среднеквадратическую частоту выходного шума: 𝑓0 = 0,29⁄𝜏 = 0,29⁄3.494 ∙ 10−8 = 8.3 МГц. 22. Определим из (2.13) относительный пороговый уровень обнаружения: 𝜒 = √−2ln(𝐹лт ⁄𝑓0 ) = √−2ln(10−3 ⁄8.3 ∙ 106 ) = 6.759. 23. Задавшись значением 𝑃обн = 0,8 из (выражения (2.14) и 𝑃обн = 𝑓(𝑥), необходимое отношение сигнал/шум: 𝑚 = 𝜒 + 𝑥 = 6.759 + 0,85 = 7.609. 24. С учетом полученных энергетических характеристик: 𝑚 = 7.609, ∆𝑀 = 6.465 ∙ 103 Вт⁄м2 , 𝜏 = 3.494 ∙ 10−8 с и заданных: 1 ∗ 𝐴об = 4,5 м2 ; 𝐿 = 6 км; 𝜏0 = 0,8, 𝐷𝑚 = 1 ∙ 1011 смГц2⁄Вт , 𝑎 = 25 мкм искомый диаметр входного зрачка будет: 400𝑚𝐿2 𝑎 400 ∙ 7,609 ∙ 60002 ∙ 25 ∙ 10−6 𝐷0 = √ = √ = 0,023 м → 23 мм. ∗ 1,22∆𝑀√𝜏𝐷𝑚 𝐴об 𝜏0 1,22 ∙ 6.465 ∙ 103 ∙ √3.494 ∙ 10−8 ∙ 1 ∙ 109 ∙ 4,5 ∙ 0,8 29

25. Находим фокусное расстояние объектива: 𝑓 ′ = 𝑎⁄𝛿 = 25 ∙ 10−6 ⁄0,517 ∙ 10−3 = 48.36 мм → 50 мм > 𝐷0 = 23 мм. 26. Проверяем выполнение ограничения D0 < f, если оно выполняется переходим к следующему пункту: 𝐷0 > 2,44 ∙ 10−3 𝜆𝑚𝑎𝑥 ⁄𝛿 = 2,44 ∙ 10−3 ∙ 5⁄0,517 ∙ 10−3 = 23,6 → 35 мм. 27. Скорректируем фокусное расстояние и размер элемента ФП из условия: 𝑓 ′ ⁄𝐷0 = 1 = 1,25 → 𝑓 ′ = 1,25𝐷0 = 1,25 × 30 = 43,75 → 45 мм, 0,8 𝑎 = 𝛿м 𝑓 ′ = 0,517 ∙ 10−3 ∙ 45 ∙ 10−3 = 23,265 → 25 мкм; 𝑓 ′ = 𝑎⁄𝛿 = 25 ∙ 10−3 ⁄0,517 ∙ 10−3 = 48,36 мм → 50 мм; 𝑓 ′ ⁄𝐷0 = 50⁄35 = 1,43; 28. Находим по (2.12) постоянную времени квазиоптимального RC – фильтра: 𝑇 = 0,27𝜏 = 0,27 ∙ 3.494 ∙ 10−8 = 0,943 ∙ 10−8 с; 29. Оценим поле зрения 2𝜔0 : 2𝜔0 = 1,41𝑎𝑛⁄𝑓′ = 1,41 ∙ 25 ∙ 10−3 ∙ 256⁄50 = 0,18 рад = 10,314°. 30. В результате энергетического расчета для выполнения исходных данных необходимо обеспечить следующие требования к элементам ТП: ′ 𝐷0 = 35 мм, 𝑓 = 50 ∗ мм, 𝐷𝑚 11 = 1 ∙ 10 1 смГц2 ⁄Вт , 𝑛 = 256 × 256, 𝑎 = 25 мкм, 𝑚 = 7,609 , 𝑃обн = 0,8, 𝐹лт = 10−3 , 𝐹 = 250 Гц, 𝑇 = 0,943 ∙ 10−8 с, 𝜎тц = 0,15 ∙ 10−3 мрад = 0,15 ∙ 10−3 ∙ 2,06 ∙ 105 = 30,9 угл. с, 2𝜔0 = 10,314°. 30

3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ УПРАВЛЯЕМОГО КОМПЛЕКСИРОВАННОГО ОЭП 3.1. Расчет параметров объективов (ИК, видимый, дальномер) 3.1.1. Определение параметров ИК объектива Расчет параметров ИК объектива приведен в п. 30 подраздела 2.1. Для разработки конструктивной схемы ОЭП, запишем следующие параметры: 𝐷0 = 35 мм, 𝑓 ′ = 50 мм. 3.1.2. Определение параметров видимого объектива Формулы, необходимые для расчета:  пр = N Д L hкр (3.1) D = 2, 44 kоб пр (3.2) Произведем расчет фокусного расстояния 𝑓′ и диаметра входного зрачка для видимого объектива 𝐷В в соответствии с параметрами: Критический размер цели ℎ = 4,5 м; Расстояние до цели 𝐿 = 6 км; Относительное отверстие 𝐷⁄𝑓′ = 1⁄4. Расчет параметров видимого объектива представлен ниже. 1) Процессы обнаружения, распознавания, классификации и идентификации объектов наблюдения (ОН) являются вероятностными, в соответствии с этим для решения этих задач можно воспользоваться числовым критерием Джонсона. Для заданной вероятности (P) решения задач наблюдения по табл.4 находятся числа Джонсона (NД) для каждого вида задач наблюдения (обнаружения, распознавания, классификации и идентификации). Таблица 4 Вероятность решения Обнаружение Распознавание Идентификация задач (Р) 0,95 2 6 16 0,8 1,7 4 12 0.75 1,4 3.5 11 31

Для расчета диаметра входного зрачка видимого объектива 𝐷В возьмем вероятность решения задач (Р = 0,8) из табл.4. При значении Р = 0,8 для идентификации ОН число Джонсона 𝑁Д = 12. 2) Предельная пространственная частота 𝜈пр и диаметр входного зрачка видимого объектива 𝐷В определяются по формулам (3.1), (3.2) соответственно: 𝜈пр 𝑁Д 𝐿 12 ∙ 6 ∙ 103 = = = 16 ∙ 103 рад−1 ; ℎкр 4,5 𝐷В = 𝜈пр ∙ 2,44𝜆𝑘об = 16 ∙ 103 ∙ 2,44 ∙ 0,5 ∙ 10−3 ∙ 1,6 = 31,232 мм → 32 мм. 3) Фокусное расстояние 𝑓′ видимого объектива определяется из следующего соотношения: 𝐷⁄𝑓′ = 1⁄4 → 𝑓 ′ = 4 ∙ 32 = 128 мм. 4) В результате расчетов, приведенных выше, запишем найденные значения: 𝐷В = 32 мм; 𝑓 ′ = 128 мм. 3.1.3. Определение параметров дальномера (объективов приемника излучения и излучателя) 1) Для разработки конструктивной схемы ОЭП возьмем за основу объективы лазерного дальномера SH.11G02-LR-M (объективы приемника излучения и излучателя), выпускаемый АО «Швабе - Технологическая лаборатория». Описание лазерного канала ОЭП Назначение Лазерный канал ОЭП — служит для определения дальности до объекта наблюдения с применением лазерного луча. Широко применяется в военном деле, в навигации. Современные лазерные дальномеры в большинстве случаев компактны и позволяют в кратчайшие сроки и с большой точностью определить расстояния до интересующих объектов. Преимущества: – лазерный дальномерный канал; – визир оптический; – электронный компас; – устройство спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS 32

– устройство отображения, хранения информации и передачи ее на внешние устройства по интерфейсу RS – 232. Изображение лазерного дальномера На рис.11 изображен лазерный дальномер в двух видах: а) б) Рис.11. Лазерный дальномер: а) вид спереди, б) вид сзади Технические характеристики лазерного канала ОЭП приведены в приложении 2. 6) Для дальномера приемника излучения выберем диаметр входного зрачка 𝐷Дпр = 35 мм (приложение 2) с относительным отверстием 𝐷Дпр ⁄𝑓′ = 1⁄3. Фокусное расстояние 𝑓 ′ = 3𝐷Дпр = 3 ∙ 35 = 105 мм. 2) Для дальномера излучателя выберем диаметр входного зрачка 𝐷Дизл = 10 мм (приложение 2) с относительным отверстием 𝐷Дизл ⁄𝑓′ = 1⁄4. Фокусное расстояние 𝑓 ′ = 4𝐷Дизл = 4 ∙ 10 = 40 мм. 3.2. Предварительный расчет и выбор привода Проведем предварительный расчет привода для построения конструктивной схемы управляемого комплексированного ОЭП в соответствии с исходными и полученными данными, рассчитанными в п. 30 подраздела 2.1., в п. 6,7 подраздела 3.1. 33

Данные для расчета: Диаметр входного зрачка ИК объектива 𝐷ИК = 35 мм, Фокусное расстояние ИК объектива 𝑓’ИК = 50 мм, Диаметр входного зрачка дальномера приемника излучения 𝐷Дпр = 35 мм, Фокусное расстояние дальномера приемника излучения 𝑓’Дпр = 105 мм, Диаметр входного зрачка дальномера излучателя 𝐷Дизл = 10 мм, Фокусное расстояние дальномера излучателя 𝑓 ′ Д изл = 40 мм, Диаметр входного зрачка видимого объектива 𝐷в = 32мм, Фокусное расстояние видимого объектива 𝑓 ′ в = 128 мм, Длина волны  = 4мкм, Число линз в объективе 𝑛 = 4, Расстояние обнаружения цели 𝐿 = 6 км, Критический размер цели ℎкр = 4.5 м, Число Джонсона 𝑁д = 12, 𝑏 = 4 град/с, 0 = 1,5 град, Т = 4 с. Расположение линз в объективах (ИК, видимый, лазерный дальномер) представлено на рис.13. 3.2.1. Определение масс (m) и моментов инерции (Jн) (объектива с оправой). Приведем формулы для расчета: 1. m =  V 2. m = ( n  m1 + mx )( 2  3 ) h D 2 D 3. V = hS = , где h = . 4 8 f' 4. xc = 2 m 5. J 0 = 1 ( D 2 + h 2 ) 12 6. J  = ( 2  3 ) (nJ 0 + J x + m xc2 )         (3.3)        34

1) Вычисление объема и массы 1 – ой линзы видимого объектива проводится по формулам (3.3.1), (3.3.3) соответственно: D 32   D2  3,1415  322 h D Vв = hS = = 8 = 8 = 3216.99 мм3 → 3, 21699 см3 . 4 4 4 2 Для того чтобы рассчитать массу 1 – ой линзы объектива 𝑚1 , необходимо определить значение 𝜌гер по справочнику, которое составляет 𝜌гер = = 5,326 г⁄см3 . m1в = Vв = 5,326  3,21699 = 17.134 г. 2) Расстояние от края до центра xc определяется по формуле (3.3.4): xс = f ' 128 = = 64 мм. 2 2 3) Момент инерции линзы объектива J0в находится по формуле (3.3.5): J 0в = m1 2 17.134 D + h2 ) = 322 + 42 ) = 1484.919 г  мм2 . ( ( 12 12 4) Масса холодильника 𝑚хв и суммарная масса m∑ (холодильник + объектив) находятся следующим образом: mхв = 4m1в = 4 17,134 = 68.534 г → 70 г. m = ( n  m1в + mxв )( 2  3 ) = ( 4 17,134 + 70 )  3  2 = 831.208 г → 1 кг. 5) Определение момента инерции Jxв, объема Vxв и массы mxв холодильника: 𝐷1 = 𝐷2 = 𝐷𝑥 . Для нахождения момента инерции Jxв необходимо определить 𝜌стали по справочнику, которое составляет 𝜌стали = 7,8 г⁄см3 . Объем холодильника Vxв определяется из следующего соотношения: Vxв = mx x = 70 = 8.974 см3 . 7,8 Перейдем к расчету момента инерции Jxв. 35

Объем первой части холодильника V1в определяется следующим образом: 2,5 Vxв 2,5  8,974 = = 6.41см3 . 3,5 3,5 V1в = Диаметр D1в находится по следующей формуле: D1в = 3 2Vxв  , которая выводится из соотношения : h1 D12в 2 D1в D12в  D13в 2V Vxв = = = → D1в = 3 xв . 4 4 2  D1в = 3 2Vxв  = 3 2  8,974  = 1, 787 см → 17,87 мм → 18 мм. Объем второй части холодильника V2в определяется из соотношения: V1в 6.41 = = 2.564 см3 . 2,5 2,5 V2 в = Найдем расстояние h2в исходя из следующего отношения: h2 в = h1в 2 18 = = 24 мм. 1,5 1,5 Масса первой части холодильника m1xв и масса второй части холодильника m1xв находятся подобно формуле (3.3.1): m1хв =  хV1в = 7,8  6, 41 = 50 г; m2 хв =  хV2в = 7,8  2,564 = 20 г. Момент инерции 1-й части холодильника J1xв и момент инерции 2-й части холодильника J2xв находятся подобно формуле (3.3.5): J1xв = m1xв 50 D12в + h12в ) = ( 5 182 ) = 6750 г  мм2 ; ( 12 12 J 2 xв = m2 xв 20 D22в + h22в ) = (182 + 242 ) = 1500 г  мм2 . ( 12 12 36

Момент инерции холодильника Jxв определяется как сумма моментов инерций двух частей холодильника J1хв и J2хв: J xв = J1xв + J 2 xв = 6750 + 1500 = 8250 г  мм2 . 6) Вычисление объема и массы 1 – ой линзы ИК объектива проводится по формулам (3.3.1), (3.3.3) соответственно: D 35   D2  3,1415  352 h D Vик = hS = = 8 = 8 = 4209.24 мм3 → 4, 20924 см3 . 4 4 4 2 Для того чтобы рассчитать массу 1 – ой линзы объектива 𝑚1ик , необходимо определить значение 𝜌гер по справочнику, которое составляет 𝜌гер = = 5,326 г⁄см3 . m1ик = Vик = 5,326  4,20924 = 22.418 г. 7) Расстояние от края до центра xc определяется по формуле (3.3.4): xс = f ' 50 = = 25 мм. 2 2 8) Момент инерции линзы объектива J0ик находится по формуле (3.3.5): J 0ик = m1ик 22.418 D2 + h2 ) = 352 + 4.3752 ) = 2324.262 г  мм2 . ( ( 12 12 9) Масса холодильника 𝑚хик и суммарная масса m∑ (холодильник + объектив) находятся следующим образом: mхик = 4m1ик = 4  22,418 = 89.674 г → 90 г. m = ( n  m1ик + mxик )( 2  3 ) = ( 4  22, 418 + 90 )  3  2 = 1078.042 г → 1.2 кг. 10) Определение момента инерции Jхик, объема Vxик и массы mxик холодильника: 𝐷1 = 𝐷2 = 𝐷𝑥 . Для нахождения момента инерции Jxик необходимо определить 𝜌стали по справочнику, которое составляет 𝜌стали = 7,8 г⁄см3 . 37

Объем холодильника Vxик определяется из следующего соотношения: mxик Vxик = x = 90 = 11.538 см3 . 7,8 Перейдем к расчету момента инерции Jxик. Объем первой части холодильника V1ик определяется следующим образом: 2,5  Vxик 2,5 11.538 = = 8.24 см3 . 3,5 3,5 V1ик = Диаметр D1ик находится по следующей формуле: D1ик = Vxик 3 2Vxик  , которая выводится из соотношения : h1 D12ик 2 D1ик D12ик  D13ик 2V = = = → D1ик = 3 xик . 4 4 2  D1ик = 3 2Vxик  = 3 2  8, 24  = 1,943 см → 19, 43 мм → 20 мм. Объем второй части холодильника V2ик определяется из соотношения: V2ик = V1ик 8.24 = = 3.297 см3 . 2,5 2,5 Найдем расстояние h2ик исходя из следующего отношения: h2ик = h1ик 2  20 = = 26.67 мм. 1,5 1,5 Масса первой части холодильника m1xик и масса второй части холодильника m1xик находятся подобно формуле (3.3.1): m1хик =  хV1ик = 7,8  8, 24 = 64.286 г; m2 хик =  хV2ик = 7,8  3, 297 = 25.714 г. Момент инерции 1-й части холодильника J1xик и момент инерции 2-й части холодильника J2xик находятся подобно формуле (3.3.5): J1xик = m1xик 64.286 D12ик + h12ик ) = 5  202 ) = 10714.286 г  мм2 ; ( ( 12 12 38

J 2 xик = m2 xик 25.714 D22ик + h22ик ) = 202 + 26.672 ) = 2380.952 г  мм2 . ( ( 12 12 Момент инерции холодильника Jxик определяется как сумма моментов инерций двух частей холодильника J1хик и J2хик: J xик = J1xик + J 2 xик = 10714.286 + 2380.952 = 13095.238 г  мм2 . 11) Вычисление объема и массы 1 – ой линзы дальномера приемника излучения проводится по формулам (3.3.1), (3.3.3) соответственно: D 35   D2  3,1415  352 h D Vпр = hS = = 8 = 8 = 4209.24 мм3 → 4, 20924 см3 . 4 4 4 2 Для того чтобы рассчитать массу 1 – ой линзы объектива 𝑚1пр , необходимо определить значение 𝜌гер по справочнику, которое составляет 𝜌гер = 5,326 г⁄см3 . m1пр = Vпр = 5,326  4, 20924 = 22.418 г. 12) Расстояние от края до центра xc определяется по формуле (3.3.4): xс = f ' 105 = = 52.5 мм. 2 2 13) Момент инерции линзы объектива J0пр находится по формуле (3.3.5): J 0 пр = m1пр 12 (D 2 + h2 ) = 22.418 352 + 4.3752 ) = 2324.262 г  мм 2 . ( 12 Суммарная масса m∑ линз объектива находятся следующим образом: m = ( n  m1пр ) ( 2  3 ) = ( 4  22, 418)  3  2 = 538.032 г → 0.6 кг. 14) Вычисление объема и массы 1 – ой линзы дальномера излучателя проводится по формулам (3.3.1), (3.3.3) соответственно: D 10  D2  3,1415 102 h D Vиз = hS = = 8 = 8 = 98.17 мм3 → 0, 09817 см3 . 4 4 4 2 39

Для того чтобы рассчитать массу 1 – ой линзы объектива 𝑚1из , необходимо определить значение 𝜌гер по справочнику, которое составляет 𝜌гер = 5,326 г⁄см3 . m1из = V = 5,326  0,09817 = 0.523 г. 15) Расстояние от края до центра xc определяется по формуле (3.3.4): xс = f ' 40 = = 20 мм. 2 2 16) Момент инерции линзы объектива J0из находится по формуле (3.3.5): J 0из = m1из 0.523 2 D2 + h2 ) = 10 + 1.252 ) = 4.426 г  мм2 . ( ( 12 12 Суммарная масса m∑ линз объектива находится по формуле (3.3.2): m = ( n  m1из )( 2  3 ) = ( 4  0,523)  3  2 = 6.276 г → 0.007 кг. 17) Суммарный момент инерции J∑ вычисляется по формуле (3.3.6): 2 2 2 J  = 3  (nJ 0в + J xв + m xcв2 ) + 3  (nJ 0ик + J xик + m xcик ) + 3  (nJ 0пр + m xcпр ) + 3  (nJ 0из + m xcиз )= = 3  (4 1484.919 + 8250 + 1000  642 ) + 3  (4  2324.262 + 13095.238 + 1200  252 ) + +3  (4  2324.262 + 600  52.52 ) + 3  (4  4.426 + 7  202 ) = 19609817.21 г  мм2 = = 0,01960981721 → 0,02 кг  м2 . 18) Момент инерции шара вычисляется по формуле: J шара = mR 2 = (1000 + 1200 + 600 + 0.007) 1602 = 71680179.2 г  мм2 → → 0.0717 кг  м 2 19) Момент инерции цилиндра вычисляется по формуле: J цилиндра = 3  J шара = 3  0.0717 = 0.2151 кг  мм2 20) Суммарный момент инерции цилиндра и шара вычисляется следующим образом: J  = J шара + J цилиндра = 0.2151 + 0.0717 = 0.2868 кг  мм2 40

3.2.2. Определение требуемой мощности, момента и типа двигателя. Формулы, необходимые для расчета: 1. P  2 ( M нагр + I нагр max )  max ,   max 2. М дв  2  М нагр + I нагр  ,   3. M нагр = М тр + М дб  2 М тр ,    4. М п  (4  10) М дв ,  −3 5. M тр = ( 2  5 ) m 10 ,   6. М дб = 9.81ml ,  мах 7. = b +  00 , 0 = 2 f ,   мах 2  8. =  00  (3.4) здесь Р - мощность двигателя, Мдв – момент на валу двигателя, Мнагр – статический момент нагрузки, нагр – момент инерции нагрузки, Мтр – момент трения на валу двигателя, Мдб – момент дисбаланса нагрузки, l – дисбаланс, Мп – пусковой момент, m – масса подвижной части прибора, f – частота колебаний носителя. По полученным значениям Р, Мдв необходимой максимальной скорости и пусковому моменту МП с учетом мах можно выбрать по данным (http://mashap.maverick.ru/) требуемый моментный двигатель, выписав его технические характеристики. Момент трения на валу двигателя Мтр вычисляется по формуле (3.4.5): M тр = ( 2  5) m 10−3 = 5  3 10−3 = 0,015 Н  м Статический момент нагрузки Мнагр вычисляется по формуле (3.4.3): M нагр = 2М тр = 2  0,015 = 0,03 Н  м Момент на валу двигателя Мдв определяется по формуле (3.4.2): М дв  2  М нагр + I нагр max   2  0,03 + 0,2868  0,0646  0,097 Н  м,     2   3,1415  4 =  0 = 1,5    = 1,5  = 0,0646 рад / с 2 .       180   T   180  16 2 где  мах 2 2 0 41

Мощность двигателя P определяется по формуле (3.4.1): P  2 ( M нагр + I нагр max )  max  2 ( 0,1 + 0,2868  0,0646 )  0,111         2  0,024 Вт, где  мах = b +  00 = 4   + 1,5   180 180      4  2 2  = 0,111 рад / с  Пусковой момент Мп определяется по формуле (3.4.4): М п  4Мдв  4  0,097  0,39 Н  м Выберем требуемый моментный двигатель по данным (http://mashap.maverick.ru/), выписав его технические характеристики. Технические характеристики двигателя 3ДБМ 100 − 0,4 – 0,75 – 3 для построения в программе SolidWorks 2018: 1. Наружный диаметр статора Д – 100 мм; 2. Внутренний диаметр ротора d – 48 мм; 3. Осевая длина L – не более 42 мм; 4. Масса – не более 0,7 кг. На основе указанных выше расчетов разработана конструктивная схема управляемой платформы в программе SolidWorks 2018. SolidWorks — система, позволяющая осуществлять автоматизированное проектирование, подготовку производства различных изделий и детальный инженерный анализ. В переводе с английского (solid — тело, work — работа) название программного обеспечения буквально подразумевает «работу с телом», то есть с материальными объектами. Прикладные модули работают на уровне единой информационной модели, что позволяет решать ряд специфических задач: • произведение точных инженерных расчетов модели; • анализ технологичности изделия (совокупности свойств конструкции, определяющей ее приспособленность к достижению оптимизации затрат на ее производство, эксплуатацию и ремонт); • автоматизация документооборота с возможностью согласования различных форматов документов (до 200 типов). В состав конструктивной 3D модели вошли: 42

1. ОЭП, управляемая по углу места, которая включает в себя: • Объективы (ИК, видимый, дальномер). • Три волоконно – оптических гироскопа. • Двигатель. • Подшипники. • Датчики угла. • Винты для закрепления, объектива, ВОГ и двигателя. 2. Внешняя рамка, управляемая по азимуту (курсу). 3. Корпус прибора, закрепленный на корабле. 3.3. Общий вид модели ОЭП С помощью функциональной схемы СНС ЭОП (рис.2) построена модель в программе SolidWorks 2018 (см. рис.12). Рис.12. Общий вид морского комплексированного наблюдательного ОЭП 1 – платформа, управляемая по углу места, 2 – внешняя рамка, управляемая по азимуту, 3 – корпус для закрепления на судне. 43

На рис. 13 показан разрез модели ОЭП в плоскости OYX. Рис.13. Модель ОЭП в разрезе в плоскости ОYX. 1 – блоки электроники, 2 – подшипник, 3 – трансформатор, 4 – двигатель, 5 – датчик угла, 6 – тепловизионный канал наблюдения, 7 – телевизионный канал наблюдения, 8 – лазерный дальномер. 44

На рис. 14 представлена модель ОЭП, управляемая по углу азимута. Рис.14. Модель ОЭП, управляемая по углу азимута. 45

3.4. Модель объектива и ВОГ На рис. 15 показана модель объектива и ВОГ. Рис.15. Модель объектива и ВОГ. 1 – корпус объектива, 2 – ВОГ, 3 – крепление ВОГ. На рис. 16 показан разрез объектива и ВОГ. Рис.16. Модель объектива и ВОГ в разрезе. 1 – линзы объектива, 2 – матричный приемник, 3 – места для крепления. 46

3.5. Характеристики ВОГ Выберем волоконно – оптический гироскоп (ВОГ) ВГ 091А – 300 с характеристиками: 47

Волоконный датчик вращения ВГ 091А – 300 предназначен для измерения угловой скорости и угла поворота объекта, на котором он установлен. На сегодняшний день оптические датчики вращения – это единственные исключительно релятивистские измерительные устройства. Если сравнивать движение фотонов в волноводе с движением электронов по проводам, то первые отличаются нечувствительностью к электромагнитным полям, что обуславливает значительно лучшую помехоустойчивость оптических измерительных устройств. Более того, используемое в датчике оптическое волокно, сохраняющее поляризацию излучения, устраняет эффекты вращения поля и обеспечивает исключительную стабильность и точность измерения угловой скорости. ВОГ – это надежный и прочный прибор, не требующий обслуживания в течение всего срока эксплуатации и хранения. Он обладает основным достоинством оптических измерительных технологий – высокой точностью, сопровождаемой высокой устойчивостью к электромагнитным помехам, механическим и температурным возмущениям. Выбирем датчик угла системы RESOLUTE™ с поворотным (угловым) кольцом (REXA) характеристики, которого показаны ниже: Измерительная шкала REXA: цельное высокоточное кольцо из нержавеющей стали Размер считывающей головки 36 мм x 16,5 мм x 17,2 мм (ДxШxВ) Шаг шкалы Наружный диаметр кольца Номинальное значение 30 мкм От 52 мм до 417 мм Общая точность после установки (с 2 (диаметр ≥100 мм) ±1 угл. секунда считывающими головками) (диаметр 75 мм) ±1,5 угл. секунды (диаметр ≤57 мм) ±2 угл. секунды Максимальная скорость (Подробные сведения см. в проспекте изделия) 8500 об/мин (на кольце диаметром 52 мм) Протоколы† BiSS C, DRIVE-CLiQ**, FANUC, Mitsubishi и Yaskawa Разрешения BiSS C: 18 бит, 26 бит и 32 бит 48

FANUC: 23 бит и 27 бит Mitsubishi, 2 провода: 23 бит Mitsubishi, 4 провода: 23 бит и 27 бит DRIVE-CLiQ**: 26 бит и 29 бит Yaskawa (поворотные серводвигатели): 24 бит Yaskawa (полностью замкнутая система управления): 23 бит, 26 бит и 30 бит Ошибка подразбиения (SDE) ±40 нм Электрическое подключение Длина кабеля до 20 м; разъём D-типа (9- или 15штырьковый), свободный вывод (без разъёма); разъём, совместимый с FANUC; разъёмы LEMO и М12 Электропитание 5 В ±10%, 250 мА при 5 В (с оконечной нагрузкой) Вибрация (в режиме эксплуатации) 300 м/с2 макс. при частоте от 55 Гц до 2000 Гц Удар (в нерабочем состоянии) 1000 м/с2, 6 мс, полусинусоидальный импульс Рабочая температура Класс защиты Пульсация От 0 °C до +80 °C IP64 200 МВ Макс. при частоте до 500 кГц максимальный Система RESOLUTE™ первый в мире абсолютный энкодер, обеспечивающий разрешение 32 бит при частоте вращения 36 000 об/мин, представляет собой высокоточную оптическую энкодерную систему для измерения истинных абсолютных значений перемещений, которая отличается исключительно высокой степенью невосприимчивости к загрязнениям и впечатляющими характеристиками, что делает её принципиальным шагом вперёд в области систем позиционирования с обратной связью. REXA – это цельное кольцо из нержавеющей стали, по окружности которого нанесены деления с шагом 30 мкм. Увеличенное поперечное сечение позволяет снизить все погрешности установки, за исключением погрешности эксцентриситета, которая легко корректируется с помощью усреднённого результата измерения двух считывающих головок Resolute. 49

3.6. Массовые и инерциальные характеристики ОЭП Приведем массовые и инерциальные характеристики ОЭП, управляемого по углу азимута (см. рис.17), в соответствии с ОЭП, приведенным на рис.12. Рис.17. Характеристики платформы управляемой по азимуту. 1 – масса платформ по углу места и азимуту, 2 – момент инерции по азимуту. Из результатов моделирования для дальнейших расчетов берем массу не более 26 кг, момент инерции берем по оси y, 𝐽Н = 0,38 кг ∙ м2 , так как модель ОЭП, управляемого по углу азимута движется по этой оси. В предварительном расчете привода (в подразделе 3.2) получили момент инерции 𝐽Н = 0,2868 кг ∙ м2 . 50

4. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ СЛЕЖЕНИЯ ПО УГЛУ АЗИМУТА Стабилизация изображения (СИ) – это технология, применяемая в фото- и видео-съёмочной технике, механически компенсирующая собственные угловые движения камеры для предотвращения смазывания изображения при больших выдержках [3]. Возможности систем стабилизации изображения ограничены. Тем не менее, в целом ряде случаев автоматическая стабилизация бывает крайне полезна, позволяя увеличить выдержку и спокойно снимать изображение [1]. На рисунке 18 представлена схема системы слежения по азимуту. Рис.18. Структурная схема системы слежения по азимуту. Обозначения, используемые на схеме: ДУС – датчик угловых скоростей, СМ – сумматор, ДУ – датчик угла, У – П – усилитель – преобразователь, МД – П – моментный двигатель платформы 𝛥𝜓к . 4.1. Оценки допустимых погрешностей системы слежения Оценка допустимой погрешности слежения (ДДП) [13,14] вытекает из дифракционной пространственной разрешающей способности оптической системы =1,22D-1, имеющей на длине волны (), фокусное расстояние (), диаметр входного зрачка (D). Для более корректной оценки ДДП следящего ТП можно воспользоваться частотным критерием оценки качества изображения [2,17] и числовым критерием Джонсона [7,16]. Для заданной вероятности (P) по табл.5 находятся числа Джонсона (Np) для всех задач наблюдения (обнаружения, классификации, распознавания и идентификации) [7]. 51

Числа Джонсона от вероятности решения задач наблюдения. Таблица 5 Вероятность решения Обнаружение Распознавание Идентификация задач (Р) 0,95 2 6 16 0,8 1,7 4 12 0.75 1,4 3.5 11 Предельные пространственные частоты, которые должен разрешать ТП в процессе наблюдения, определятся соответственно:  пр = NpL hкр , Nпр = N pL ,  н = 0,5 пр , Nн = 0,5 N пр ; hкр f  (4.1) где пр – угловая (штр/рад) и Nпр – линейная (штр/мм) предельные пространственные частоты в фокальной плоскости, н, Nн – частоты Найквиста, Np – число элементов разрешения, укладывающихся вдоль критического размера ТЦ; L – дальность до ТЦ; hкp- критический размер ТЦ, f - фокусное расстояние. Если наблюдение ведется в двух ортогональных направлениях х и у тогда рекомендуется использовать:  прхy = Предельные NpL hкрх hкрy (граничные , hкpх * hкpу = Аоб , (гр)) пространственные (4.2) частоты объектива и фотоприемника можно оценить и сопоставить с (4.3): ос = гр D D f ос   пр , N гр =  Nпр , фп =   пр , (4.3) гр  2, 44kоб 2,44kоб f 2 xэ где гр – угловая частота (штр/рад), D – диаметр входного зрачка объектива, xэ –размер элемента приемника (пикселя). Известно [7,14,17], что на качество изображения управляемого ТП, находящейся на подвижном основании, влияют ряд факторов и подсистемы оптического тракта ОЭП, таких как: атмосфера (ат), оптическая система (ОС), фотоприемник (ФП), усилитель-преобразователь (УП), система слежения (ССл) а 52

также влияние линейного движения изображения ТЦ, гармонических колебаний и вибраций, идущих от носителя. Критерием оценки влияния указанных факторов на качество изображения широко используется в инженерной практике функция передачи модуляции (ФПМ) ОЭП. В работах [13,17] приведены оценки допустимых погрешностей ССл, полученных из условия обеспечения допустимых ФПМ (Тi(N)) контраста изображения ОЭП, для линейного (Л), гармонического (Г) и вибрационного (В) смещения изображения соответственно: 0,78 1 − TЛ ( н ) sin ( πt )  , TЛ ( N ) = , н πt   0,32 1 − TГ ( н ) 1   Г  1 − TГ ( н ) = , TГ ( ) = J 0 ( 2 a0 ) ,  (4.4) π н н   2 0,225 1 − TВ ( н ) 1    В  1 − TВ ( н ) = ; TВ ( ) = exp  −2 ( πaср )  .    н 2π н   Л   τ э = 1 π н (1 − TЛ ( н ) ) 6 = где  – угловая скорость движения изображения, J0(.) - функция Бесселя нулевого порядка, а0 – амплитуда гармоники, аср – среднее значение амплитуды случайного сдвига изображения. Полученные оценки справедливы в предположении, что ФПМ ОЭП удовлетворяют условиям: доп Tоэп ( ) = Taт ( ) TОС ( ) TФП ( ) TУП ( )TССл ( )  Tоэп ( ), доп TССл ( ) = TЛ ( ) TГ ( ) TСЛ ( )  TССл ( ), доп T jдоп ( ) = 3 TОЭС ( ) Tст ( ) ( j = Л , Г, В), Tст ( ) = Taт ( ) TОС ( ) TФП ( ) TУП ( )      (4.5)     доп где Тоэп(v) – ФПМ ОЭП, Tоэп ( v ) – допустимая ФПМ ОЭП, Тi (v) –ФПМ подсистем ОЭП (i = ат, ОС, ФП, УП, ССл), которые можно найти в [7,18]. Допустимые ФПМ ОЭП: для тепловизионных приборов [18]: доп Tозп ( ) = exp ( −2 2 2 2 ) ,  = 0,55 рад, (4.6) для малоразмерного источника излучения [19]: 53

 ( )2   p доп s  ,  (  ) = 1 − 2 Pлт ,  ( m −  ) = 2 Pобн − 1, TОЭП exp  − ( ) =  16ln ( 2m )   s  2sin      2 где  − пространственная частота рад −1 ,  (4.7) − пороговый уровень обнаружения, m −отношение сигнал/шум, Pобн , Pлт − вероятности правильного обнаружения и ложной тревоги,  s − угловой размер источника излучения,  p − угловое x 2 exp  −0,5t 2  dt − интеграл вероятности. разрешение ОЭС,  ( ) =  2 0 Оценим допустимые погрешности слежения для решения задачи идентификации (табл.5) в процессе наблюдения при заданных исходных данных: I z = 0,51кгм2 , I у = 0,38 кгм2 ,  = 4 мк , Р = 0,8, hкр = 4,5 м , L = 6000 м , Тоэсдоп(н) = 0,26 (выполняется критерий Релея) [20], f = 175 мм, D = 150 мм. С учетом этих исходных данных: по табл. 5 (Р = 0.8) найдем число Джонсона Np = 12, по (4.1) и (4.3) оценим:  пр = NpL hкр = 12  6000 = 16000 рад−1 , → н = 8000 рад−1 , 4,5 D 150 f  175 = = 9605.53 рад−1 , фп = = = 5833.33 рад−1. гр 1, 22kоб 2, 44  0,004 1,6 2 xэ 0,03 Принимая на первом этапе разработки, что выполняются условия: ос = гр Taт ( н ) = TОС ( н ) = TФП ( н ) = TУП ( н ) = TССл ( н ) , TЛ ( н ) = TГ ( н ) = TСЛ ( н ) , на основе формул (4.5) и (4.7) оценим допустимые погрешности слежения: доп TССл ( н ) = 5 Тоэсдоп , Tjдоп ( н ) = 3 (Тоэсдоп ( н )) = 3 ( 0,26) = 0,914, ( j = Л , Г , В ) 1/5 1/5 54

 Л = 0,78 1 − TЛ ( н ) 0,78 1 − 0,914 = 206000 = 5,89 → 6 угл.с, н 8000  Г  1 0,32 1 − 0,914 1 − TГ ( н ) = 206000 = 2, 42 → 2 угл.с, π н 8000  В  1 0,225 1 − 0,914 1 − TСЛ ( н ) = 206000 = 1,7 → 2 угл.с, 8000 2π н Таким образом, для дальнейших расчетов выбраны допустим. погрешности слежения: Л = Л = 6 угл.с, Г = Г = 2 угл.с. 4.2. Расчет и выбор привода Требуемая мощность, момент и тип двигателя определяются по следующим формулам [8]: 1. P  2 ( M нагр + I нагр max )  max , 2. М дв  2  М нагр + I нагр max  ,   −3  3. M нагр = М тр + М дб , 4. М п  (4  5) М дв , 5. M тр = ( 2  5 ) m 10 ,   6. М дб = 9.81ml , 7. мах =  ск +  0 ,  = 2 f , 8. мах =  0 2   (4.8) здесь Р - мощность двигателя, Вт, Мдв – момент на валу двигателя, Нм, Мнагр – статический момент нагрузки, Нм, нагр – момент инерции нагрузки, кгм2, Мтр – момент трения на валу двигателя, Нм, Мдб – момент дисбаланса нагрузки, Нм, l – дисбаланс, мм, Мп – пусковой момент, Нм, m – масса подвижной части прибора, кг, f – частота колебаний носителя, Гц. По полученным значениям Р, Мдв необходимой максимальной скорости и пусковому моменту МП с учетом мах можно (http://mashap.maverick.ru/) требуемый моментный выбрать по данным двигатель, выписав его технические характеристики. 55

4.2.1. Определение параметров нагрузки и выбор двигателя по азимуту. При выборе двигателя для движения ОЭП по углу азимута, выберем 𝑚𝑎𝑥 ̇ 𝑚𝑎𝑥 параметры углов 𝜓̇ск , 𝜗ск , которые удовлетворяют движению ОЭП по углу места. Исходные данные:  скмах= 8,73 рад / с, скмах = 0.121 рад / с, m = 13 кг, l = 0,2 мм, I у = 0,38 кгм2 ,  0 = 0 = 3 град, f = 0,1Гц. Момент трения на валу двигателя Мтр вычисляется по формуле (4.8.5): M тр = ( 2  5) m 10−3 = 5 13 10−3 = 0,065 Н  м Момент дисбаланса нагрузки Мдб определяется по формуле (4.8.6): Мдб = 9.81ml = 9.8113  0.0002 = 0.025Нм Статический момент нагрузки Мнагр вычисляется по формуле (4.8.3): M нагр = М тр + М дб = 0.065 + 0,025 = 0,09 Н  м Максимальные амплитуды колебаний носителя вычисляются подобно формулам (4.8.7), (4.8.8) соответственно:  мах =  слmax + 0 =  слmax + 0  2 f = 8.73 + (3 / 57.3)  6.28  0.1 = 8.763 рад / с;  мах =  0 2 =  0  (2 f )2 = (3 / 57.3)  (6.28  0.1)2 = 0.0206 рад / с 2 . Момент на валу двигателя Мдв определяется по формуле (4.8.2): М дв  2 М нагр + I y max   20,09 + 0,38  0,0206 = 0,195 Н  м → 0.5 Н  м Пусковой момент Мп определяется по формуле (4.8.4): М п  5Мдв  5  0,195 = 0,975 Н  м →1 Н  м Мощность двигателя P определяется по формуле (4.8.1): P  2 ( M нагр + I y max ) max  2 ( 0,09 + 0,38  0,0206 )  8,763 = 1,71 Вт → (2  5) Вт 56

В результате полученных требований выберем по данным (http://mashap.maverick.ru/) требуемый моментный двигатель (МД) типа ДБМ для управления морского комплексированного ОЭП: – по азимуту 3ДБМ 100 – 0,4 – 1,5 – 3. Характеристики МД по азимуту приведены в приложении 3. Двигатели ДБМ производятся и выпускаются в ОАО “Машиноаппарат”. Ордена Трудового Красного Знамени ОАО “Машиноаппарат” является правоприемником московского завода “Машиноаппарат”, основанного в 1942 г. В настоящее время предприятие специализируется на разработке и производстве серии бесконтактных моментных электродвигателей ДБМ. Преимуществом, выпускаемых ОАО “Машиноаппарат” ДБМ является широкий спектр применения, высокая надежность, возможность эксплуатации в экстремальных условиях [4]. Области применения Электродвигатели серии ДБМ применяют в своих разработках и изделий более 100 предприятий России и государств СНГ в следующих областях: 1) в системах астронавигации и стабилизации космических объектов различного назначения; 2) в оптико-электронных системах наведения; 3) в рулевых приводах летательных аппаратов; 4) в приводах антенн стационарных, передвижных и бортовых РЛС различного назначения; 5) в различных приводах авиационной техники; 6) в оборудовании для АЭС. 4.3. Синтез системы слежения Уравнения движения азимутального моментного привода совместно с объектом управления на подвижном носителе запишем в виде [8,9]: J ( н + ) + M дб + М тр = Смi    di U = R + L + Cе  dt  (4.9) 57

где 𝐽 = 𝐽𝑝 + 𝐽𝐻 − момент инерции ОУ, 𝐽𝑝 , 𝐽𝐻 – моменты инерции ротора МД и нагрузки вокруг азимутальной оси управления соответственно,  − угол поворота прибора по азимуту относительно ЛА, н − угол качки в плоскости азимута, 𝑀дб – момент дисбаланса, 𝑀тр – момент трения, 𝐶м , 𝐶е – параметры МД; 𝑖, 𝑈, 𝑅, 𝐿 – ток, управляющее напряжение, сопротивление и индуктивность в цепи обмотки управления. Уравнение (4.9), представим в операторной форме: Jp 2 ( н + ) + M дб + М тр = Смi,    1 U = Ri + Lpi + Cе p , → i = (U − Cе p ); R(Tэ p + 1)  ( Jp2 (TЭ р + 1) + = (4.10) СмСе C p) = м U − (M дб − М тр − Jр2 н )(Т э р + 1), R1 R 1  KпU − Tп (Tэ р + 1) р 2 н − (Т э р + 1) K м (М дб + М тр )  , 2 (Т пТ э р + Т п р + 1) р (4.11) где обозначены электромеханическая постоянная времени, электромагнитная постоянная времени, коэффициент передачи привода по управлению, коэффициент передачи привода по возмущению соответственно: Тп = JR 1 L R , Т э = , K П = , KМ = . C м Cе C CмCе R е ( 4.12) Выражение (4.11) дополним уравнениями регулятора:  = Wn ( p)U − WМ ( p)( М дб + М тр ) − WН ( p) н ; U = Wy ( p)Wyм ( p)u, u = kпр пр + Wдус ( р) н − kд ;  =  сл + н − .      (4.13) 58

где Wn ( p) = Ку К ум Кп , Wу ( p ) = ,Wум ( p) = , (Т п р + 1) р Т у р +1 Т ум р + 1 К дус р Км Тп р2 WМ ( p) = ,Wдус ( p) = 2 2 ,Wн ( p) = . (Т п р + 1) р Т дус р + 2 Т дус р + 1 (Т п р + 1) р здесь: 𝐾д , 𝐾пр , 𝐾у , 𝐾ум , 𝐾дус , 𝐾п , 𝐾м − коэффициенты усиления (передачи) датчика угла, программного блока, У, УМ, ДУС, привода по напряжению, привода по моменту соответственно; Ту , Тум , Тдус , Тп − постоянные времени У, УМ, ДУС, привода соответственно;  − параметр затухания, электромагнитные постоянные времени (Тэ ) приводов исключены ввиду их малости. 4.3.1. Построение структурной схемы с указанием передаточных функции звеньев. На рис. 19 приведена структурная схема системы слежения. Рис.19. Структурная схема системы слежения: где () – угол поворота ОЭП относительно носителя, н(н) – угол поворота носителя, пр(пр) – программный угол слежения ОЭП, Uпр – программное напряжение, Uду – напряжение ДУ, Uдус – напряжение ДУС, U – напряжение рассогласования, Kд – коэффициент датчика, Мн – момент нагрузки привода, Wn ( p) = Ку К ум Кп , Wу ( p ) = , Wум ( p) = , (Т п р + 1) р Т у р +1 Т ум р + 1 К дус р Км Тп р2 WМ ( p) = , Wдус ( p) = 2 2 , Wн ( p) = . (Т п р + 1) р Т дус р + 2 Т дус р + 1 (Т п р + 1) р 59

Перейдем к расчету параметров ССл для построения ЛАХ и ЛФХ. 4.3.2. Расчет параметров системы слежения Исходные данные для расчета:  Л = 40 град с ,  К =10 , T = 5 c,  В = 2.5', f В = 10 Гц,  Л = 6'',  Г = 2'',  В = 2'', M н = 0.09 Нм. где 𝛼̇ л − скорость движения цели по азимуту, 𝛼̇ к − амплитуда качки по азимуту, 𝑇 − период качки по азимуту, 𝛼̇ в − амплитуда вибраций по азимуту, 𝑓в − частота вибраций по азимуту, 𝑖 (i = Л,Г,В) – оценки допустимых погрешностей ССИ, доп полученных из условия обеспечения допустимой ФПМ Tоэп ( v ) контраста изображения ССИ, для линейного (Л), гармонического (Г) и вибраций (В) смещения изображения соответственно, 𝑀н − момент нагрузки. Формулы, необходимые для расчета: Передаточная функция (ПФ) разомкнутой системы: W ( p) = Kc (Tум p + 1)(Tу p + 1)(Tп p + 1) p (4.14) Коэффициент передачи привода по возмущению 𝐾м вычисляется по формуле: Kм = R CмCe (4.15) Постоянная времени привода 𝑇п определяется по формуле: TП = JR CмCe (4.16) Коэффициент привода определяется по формуле: Kп = 1 Ce (4.17) Добротность системы по скорости K c выберем, как наибольшее значение из четырех условий: Kc1  Л K M   , Kc 2  м н , Kc 3  К , Kc 4  В .  Л  Л  Г  В (4.18) 60

Требования к постоянным времени: Тум, Ту выберем из условий устойчивости и качества регулирования: Tум  1 , Tу  0,1Tум (10  40)С (4.19) Перейдем к выполнению расчета системы слежения. 1. Вычислим коэффициент передачи привода по возмущению 𝐾м по формуле (4.15): Kм = R 1 = = 123.457 рад / Нмс; CмCe 0.092 2. Найдем величину постоянной времени привода 𝑇п по формуле (4.16): JR 0.38 1 = = 46.91с CмCe 0.092 TП = 3. Найдем коэффициент привода по формуле (4.17): Kп = 1 1 = = 11.11 рад / Вс. Ce 0.09 4. Выберем наибольшее значение 𝐾𝑐 из условий (4.18): K c1  Л 40  3600 = = 24000 с −1 ;  Л 6 '' Kc2  K м M н 123.457  0.09  206000 = = 381482 с −1 ;  Л 6 ''  К 10  3600 = = 18000 c −1 ;  Г 2 ''  2.5' 60 '' Kc4  В = = 75 c −1.  В 2 '' Kc3  5. Для построения ЛАХ разомкнутой системы определим контрольные точки коэффициентов 𝐾𝑐1 , 𝐾𝑐2 , 𝐾𝑐3 , 𝐾𝑐4 и частоты колебаний качки и вибрации в логарифмическом масштабе: 61

20log K c1 = 20log 24000 = 87.6 дб, 20log K c 2 = 20log 381482 = 111.6 дб , 20log K c 3 = 20log18000 = 85 дб, 20log K c 4 = 20log 75 = 37.5 дб, В = 2 f В = 2 10 = 63 с −1 → lg 63 = 1.8, К = 2 2 = = 1.256 → lg1, 256 = 0,1. T 5 6. После всех произведенных расчетов, запишем передаточную функцию в следующем виде (4.14): W ( p) = Kc (Tум p + 1)(Tу p + 1)(Tп p + 1) p 4.4. Анализ устойчивости и качества регулирования ССл частотным методом (построение ЛАХ и ЛФХ) В системах автоматического управления чрезвычайно важно понятие об устойчивости заданного режима. Система всегда подвергается действию внешних возмущающих сил. Эти силы в некоторые промежутки времени могут стремиться вывести систему из состояния равновесия и в соответствии с уравнением движения будут его из этого состояния выводить. Если система устойчива, она противостоит этим внешним силам, а будучи выведенной из состояния равновесия, с определенной точностью возвращается к нему. Если система неустойчива, она не возвращается в состояние равновесия, из которого ее вывели, а или удаляется от него или совершает вокруг него недопустимо большие колебания. В инженерной практике широкое применение получил анализ устойчивости систем автоматического управления, основанный на применении логарифмических частотных характеристик разомкнутой системы [2,3]. Это обусловлено прежде всего тем, что построение ЛАХ разомкнутых систем, особенно асимптотических ЛАХ, значительно проще, чем построение годографа амплитудно-фазовых характеристик. 62

4.4.1. Построение исходной и желаемой ЛАХ Для построения ЛАХ желаемой системы поднимем ЛАХ исходной системы на 3 дб, в соответствии с этим получим: 𝐾𝑐2 (𝜔) = √2𝐾с2 = 550000 𝑐 −1 . Приведем построение ЛАХ исходной и желаемой систем (рис.20) в соответствии с параметрами: 𝑊исх (𝑝) = 𝐾с2 381482 = ; (𝑇П 𝑝 + 1)𝑝 (46.91𝑝 + 1)𝑝 1 𝐾с2 = 381482 , 𝐿исх () = 20 ∙ 𝑙о𝑔381482 = 111.6 дб; с 2𝜋 2𝜋 1 1 к = = = 1,256 , 𝑙𝑜𝑔к = 0,1, 𝑇к = = 0,79; 𝑇 5 с к 𝜔В = 2𝜋𝑓В = 2𝜋 ⋅ 10 = 63с−1 → 𝑙о𝑔 63 = 1.8; 𝑇п = 46.91 с, п = 0,0213 1 , 𝑙о𝑔п = −1,7; с 1 𝐾с2 (𝜔) = 550000 , 𝐿жел () = 20 ∙ 𝑙о𝑔550000 = 114.6 дб; с 63

Рис.20. ЛАХ исходной (𝐿исх ()) и желаемой (𝐿жел ()) систем 64

Исходя из построения ЛАХ исходной и желаемой систем (рис.20) определим величины: 𝜔ср = 102,05 = 112 с−1 , 𝜔1 = 18,62 с−1 , 𝜔2 = 645,654 с−1 . Постоянная времени 𝑇1 , 𝑇2 определяются по формуле: 𝑇1 = 1 1 1 1 = = 0,0537 с; 𝑇2 = = = 0,001548 с. 𝜔1 18,62 𝜔2 645,654 Постоянные времени Тум и Ту определим по формуле (4.19): Tум  1 1 = = 0, 000223 с; (10  40)С 40 112, 2 Tу  0,1Tум = 0,1 0, 000223 = 0, 0000223 с. В результате построения ЛАХ исходной и желаемой систем (рис. 20) получены передаточные функции (ПФ) исходной и желаемой систем и определены их неизвестные параметры Tум , Т у , Т1 , Т 2 , K c 2 ( ) : Wисх ( p) = Kc 2 381482 = ; (Tп р + 1)(Т у р + 1)(Т ум р + 1) р (46.91 р + 1)(0,000223 р + 1)(0,0000223 р + 1) р Kc 2 ( )(Т1 р + 1)3 550000(0,0537 р + 1)3 Wж ( p) = = . (Т к р + 1)3 (Т 2 р + 1)2 (Т у р + 1)(Т ум р + 1) р (0,79 р + 1)3 (0,001548 р + 1) 2 (0,000223 р + 1)(0,0000223 р + 1) р 4.4.2. Построение ЛАХ и ЛФХ желаемой разомкнутой системы в программе MATLAB Для анализа устойчивости и качества регулирования частотным методом, построены ЛАХ и ЛФХ в программе MathLab, Для построения схемы моделирования в программе MATLAB определим коэффициенты K ум K у , K дус по следующим формулам: K ум K у = K дус = K с1 24000 → K ум K у = = 2160, 22, KП 11,11 1 1 = = 0, 00004. K ум K у K П 2160, 22 11,11 Построим схему моделирования желаемой разомкнутой системы: Рис.21. Схема моделирования. 65

Рис. 22. ЛАХ и ЛФХ желаемой разомкнутой системы Из графика ЛАХ и ЛФХ желаемой разомкнутой системы (рис.22) видно, что система устойчива и запас по амплитуде 𝐿 = 11.1 дб , что является требуемым запасом и удовлетворяет условию 𝐿  (616)дб, а по фазе  = 30 град, что является недостаточным запасом и не удовлетворяет условию   (4560) град. 66

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ СЛЕЖЕНИЯ 5.1 Разработка схемы моделирования Составляем схему моделирования в соответсвии полученных численных значений коэффициентов и времени в разделе 4. Рис.23. Схема моделирования. В результате моделирования были получены переходные характеристики при воздействии: 1. Качки (см.рис.24). 2. Вибрации (см.рис.25). 3. Наведения (см.рис.26). 4. Момента нагрузки (см.рис.27). 5. Качки, вибрации, наведения, момента нагрузки (см.рис.28). 67

Рис.24. Переходные характеристик при качке. Рис.25. Переходные характеристик при вибрации. 68

Рис.26. Переходные характеристики при наведении. Рис.27. Переходная характеристика при трении. 69

Рис.28. Переходная характеристика при качке, вибрации, наведения, момента нагрузки. 5.2 Оценка динамики системы слежения С помощью моделирования в программе MathLab было получено следующее: 1. Динамические погрешности от действия: • Качки, вибрации, наведения, момента нагрузки (рис.28): Δ𝜓𝑘 сум = 173.15′′ , • Качки (рис.24): Δ𝜓𝑘 = 0.5′′, • Вибрации (рис.25): Δ𝜓𝑘 в = 170′′, • Наведения (рис.26): Δ𝜓𝑘 н = 0.65′′, • Момента нагрузки (рис.27): Δ𝜓𝑘 М = 2′′. в 2. Время переходного процесса: 𝜏 = 0.3 с. 70

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В дипломной работе были произведены разработка конструкции ОЭП как объекта управления в программе SolidWorks 2018, синтез и исследование динамики системы слежения морского комплексированного наблюдательного оптико-электронного прибора по углу азимута. При следующих исходных данных: • Амплитуда и период качки по азимуту: 𝐴к =10о, Т0 = 5 с, • Скорость движения цели по азимуту: 𝐴с = 40 град/с, • Амплитуда и частота вибраций по азимуту: Hв = 2.5' и fВ = 10 Гц, • Температура объекта наблюдения: Тоб = 970 К, • Расстояние до цели: L = 6 км, • Размер цели: A0 = 4,5 м2 В результате проведенной работы ВКР: 1. Разработана конструктивная 3D модель в программе SolidWorks. В результате моделирования масса m = 26 кг, момент инерции 𝐽Н = 0.38 кг ∙ м2 . 2. Рассчитана требуемая мощность и момент двигателя. Из полученных значений выбран двигатель 3ДБМ 100 – 0,4 – 1,5 – 3. 3. Произведен синтез системы слежения по углу азимута частотным методом. В результате получено: запас по амплитуде равен 𝛥𝐿 = 11,1 ДБ, а по фазе 𝛥𝜑 = 30 град. Допустимые погрешности слежения: 𝛥𝛼Л = 6 угл. с, 𝛥𝛼Г ≤ 2угл. с, 𝛥𝛼В ≤ 2угл. с. 4. Составлена компьютерная модель в программе MathLab, в результате исследования динамики слежения получено следующее: 1. Система автоматического регулирования (САУ) устойчива. 2. Имеет следующие динамические погрешности от действия: • Качки, вибрации, наведения, момента нагрузки: Δ𝜓𝑘 сум = 173.15′′ . 71

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бабаев А.А. Амортизация, демпфирование и стабилизация бортовых оптических приборов / А.А. Бабаев. – Л.: Машиностроение, 1984. – 232 с. 2. Бесекерский В.А. Динамический синтез систем гироскопической стабилизации / Бесекерский В.А., Фабрикант Е.А. – Л. Судостроение, 1968. – 348с. 3. Бесекерский, В., Теория систем автоматического регулирования / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – М.: Наука, 1975. – 768 с. 4. Воронов А. А., Основы теории автоматического управления, Москва: Энергия, 1980. – 312 с. 5. Иванов В.П. К вопросу о разработке инженерной методики оценки прозрачности атмосферы // Оптика атмосферы, 1990, №11. 6. Иванов В.П. Моделирование и оценка современных тепловизионных приборов / В.П. Иванов, В.И. Курт, В.А. Овсянников, В.Л. Филиппов. – Казань, Отечество. – 2006. – 577 с. 7. Карпов А.И. Динамика и методы расчета систем автоматического управления стратосферными обсерваториями: идентификация, декомпозиция, синтез: монография / А.И. Карпов, В.А. Стрежнев. – Казань, Изд-во КГТУ им. А.Н. Туполева, 2008. – 175 с. 8. Карпов А.И. Оценка приближенного представления частотных характеристик / А.И. Карпов. – Казань, Труды КАИ. – Вып. 138, 1971. – С. 105-110. 9. Карпов А.И. Системы управления оптико – электронных систем. Конспект лекций / А.И. Карпов. – Казань: Изд-во КГТУ им. А.Н. Туполева, 2000. – 46 с. 10. Криксунов Л.З, Усольцев И.Ф. Инфракрасные системы обнаружения. пеленгации и автоматического сопровождения движущихся объектов / Л. З. Крискунов. – М.: Советское радио, 1968. – 320с. 11. Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной технике. М: Сов. радио,1978. – 400с. 12. Ллоид Д.М. Системы тепловидения/Д.М. Ллоид. – М.: Мир, 1978. – 416 с. 72

13. Маливанов Н.Н. Динамика и стабилизация изображения бортовых оптикоэлектронных приборов: монография / А.И. Карпов, В.А. Кренев. – Казань: Издво КНИТУ-КАИ,2018. – 248с. 14. Овсянников В.А., Рожин В.В. Габаритно – энергетический расчет теплопеленгатора: методические указания к курсовой работе/ Казн. гос. техн. ун – т: Казань.:1998. – 12с. 15. Попов Е.П. Автоматическое регулирование и управление / Е.П. Попов. – М. Наука, 1966 – 388с. 16. Сокольский М.Н. Допуски и качество оптического изображения / М.Н. Сокольский. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1989. – 221с. 17. Тарасов В.В. Инфракрасные системы «смотрящего» типа / В.В. Тарасов, Ю.Г. Якушенков. - М.: Логос, 2004. - 444 с. 18. Шестов Н.С. Выделение оптических сигналов на фоне случайных помех. М.: Сов. радио, 1967. 19. Якушенков Ю.Г. Основы оптико-электронного приборостроения. М.: Сов. радио, 1977. – 272с. 20. Дубовик А.С. Прикладная оптика, г. Москва, издательство «Недра», 1982 г. – 602 с. 73

Приложение 1 Тип и материал МФП 1 2 3 4 крт JnSb Фук 149м, JnSb Фук 154м, JnSb Фук 151м, крт Фп 2м, крт крт МПИ с барьерами Шотки JnSb МПИ на базе ФКЯ Фирма − − − − НПО «Орион» АО «Сапфир» ИФП СОАН МЕС (Япония) ЗАО «Матр.Техн.» (Россия) RIO (США) OWIPTECY (США) ∆λ, мкм D m (λ, мкм) смГц1/2/Вт 8 - 14 8 - 14 3-5 3-5 3-5 8 - 14 2 ·1010 1,7 · 1010 1·1011 0,8 ·1011 2,3·1010 1.3·1010 8 – 10.5 3-5 3-5 3-5 7.7 – 10.5 Tох, n a, мкм 10 30 25 15 18 18 30 18-30 10-30 30 30 30 803 803 3·1010 (9.5) 1· 1011 1,2 · 1011(4.5) 1,2 · 1011(4.5) 2.4·1010(9.5) 120 х120 256 х256 256 х 256 560 х 560 128 х 128 384 х 288 240 х240 128,288 х… 1344 х 1344 320 х 240 320 х 256 320 х 256 8 – 12 8 – 10.5 2–5 3–5 2.5 ·1010(10.5) 1.5 ·1010 1· 1011 1· 1011 320 х 256 128 х 128 1040 х 1040 512 х 512 30 18 17 22 80 80 77 80 0.4 – 5 8–9 1· 1011 2.6 ·1011 640 х 480 640 х 512 20 25 80 65 К 77 78 782 74

Приложение 2 Технические характеристики дальномера SH.11G02-LR-M: Диапазон измеряемых дальностей, м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . от 50 до 25000 Длина волны излучения ЛД канала, мкм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 – 5 Диаметр входного зрачка излучателя, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Диаметр входного зрачка приемника излучения, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Увеличение, крат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Угол поля зрения, град . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Диоптрийная регулировка окуляра, дптр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . от – 4 до + 4 Устройство навигационное ГЛОНАСС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . есть Погрешность измерения дальности, м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 СКО измерения угловых координат, град азимутальных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,0 углов места, наклона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,2 Диапазон рабочих температур, ºC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . от – 35 до + 50 Питание, В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 (2CR5) Масса, кг, не более . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,8 Производитель . . . . . . . . . . . . . . . . . . АО «Швабе - Технологическая лаборатория» 75

Приложение 3 Условное обозначение двигателя 3ДБМ 100 – 0,4 – 1,5 – 3 Наружный диаметр статора D 100 Внутренний диаметр ротора d 48 Осевая длина, L не более 42 Число пар полюсов 8 Число фаз 3 Номинальное напряжение питания, В 27 Частота вращения при идеальном холостом ходе, об/мин Пусковой момент, Н ∙ м, не менее Сопротивление секции фазы (фазы) постоянному току при температуре 20°C, Ом Электромагнитная постоянная времени фазы, мс, не более Приведенные к фазе коэффициенты: момента См , Н ∙ м/А; ЭДС СЕ , В ∙ с /рад Момент инерции ротора, кг ∙ м2 Момент сопротивления при обесточенных обмотках, Н ∙ м не более Предельно допустимая амплитуда тока в фазе обмотки статора, А Термическое сопротивление статора, °C/Вт 1440 – 1760 2 0,165 – 0,2 0,48 0,085 – 0,102 2,3 ∙ 10−4 0,04 20 0,6 – 0,75 Масса, кг, не более 0,8 Электромеханическая постоянная времени (усредненная), мс 16 Материал магнитов Неодим – Железо – Бор 76

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв