Preview

Вопросы радиоэлектроники

Расширенный поиск
№ 7 (2018)
Скачать выпуск PDF

РАДИОНАВИГАЦИЯ

6-12 97
Аннотация
Современные требования Международной организации гражданской авиации (ИКАО) к точности и надежности определения местоположения летательных аппаратов (ЛА) различных типов, особенно при полетах в районе аэродрома, приводят к необходимости гармонизации (выравнивания) точностных характеристик различных радиотехнических систем для возможности использования любой из них при выполнении полета. Точность определения координат ЛА с использованием стандартных режимов ГНСС составляет единицы метров, а в дифференциальных режимах может достигать сантиметров. В то же время погрешности определения координат по традиционным аэронавигационным системам ближней навигации и посадки (VOR/DME, РСБН, ILS), особенно вдали от наземных радиомаяков, значительно больше погрешностей ГНСС и могут составлять десятки и сотни метров. В статье изложены методические подходы к повышению точностных характеристик радионавигационных полей систем ближней навигации и посадки на основе идеологии дифференциальной коррекции и технологий ГЛОНАСС. Предложенный метод формирования матрицы погрешностей навигационного поля систем ближней навигации и посадки проиллюстрирован на примере коррекции аномальной погрешности поля системы инструментальной посадки типа ILS.
13-17 73
Аннотация
При выполнении программ дальнейшего освоения Арктики актуальна задача навигационного обеспечения ЛА на всех этапах полета, включая и режим посадки. С учетом того, что навигационные системы с наземным базированием имеют ограниченные зоны действия, не покрывающие арктический регион, и значительно уступают в точности спутниковым радионавигационным системам (СРНС), применение навигационной аппаратуры потребителей (НАП) СРНС для навигации и посадки ЛА является перспективным. Особенности функционирования НАП СРНС в Арктике обусловлены особыми свойствами арктических трасс, наличием значительных отражений радиосигналов от подстилающей поверхности. Погрешности многолучевости имеют наибольшее значение при малых углах возвышения навигационных ИСЗ. Если из обработки в НАП исключить самые низкие спутники, сохраняя при этом возможность проведения навигационных определений с приемлемой точностью, то можно улучшить не только интегральные показатели точности навигационных определений, но и доступность. Анализируются состав и точностные характеристики рабочих созвездий СРНС ГЛОНАСС и ГЛОНАСС, дополненной псевдоспутниками, в Арктическом регионе России. Исследования выполнены методом имитационного математического моделирования. Установлена значительная избыточность таких созвездий. Исследована возможность использования этого фактора для уменьшения влияния многолучевости путем формирования управляемых рабочих созвездий в авиационном бортовом навигационно-посадочном комплексе.

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

18-23 57
Аннотация
Рассмотрена задача наведения беспилотного летательного аппарата на посадочное устройство судна за заданное время с заданными терминальными условиями. Задача решается в два этапа. На первом этапе в результате решения задачи расчета оптимального программного управления при выполнении заданных терминальных условий определяется траектория поводыря, которая вычисляется без учета инерционности летательного аппарата и системы управления. При этом определяется оптимальная программа изменения угла тангажа, как сумма оптимального изменения угла атаки и угла наклона вектора скорости, а также оптимальная программа изменения тяги винта электродвигателя. На втором этапе полученные программы используются для управления инерционным летательным аппаратом, а за счет выбора параметров контура стабилизации угла тангажа обеспечивается выведение на траекторию поводыря с заданными терминальными условиями. Приводится контрольный пример.
24-29 62
Аннотация
При посадке беспилотного летательного аппарата (БПЛА) на судно требуется выполнение заданных граничных значений вектора состояния в момент подлета к зацепному устройству. В статье рассмотрено решение задачи о расчете точек области начальных положений (ОНП) БПЛА, из которой БПЛА может попасть в заданный момент времени в заданную область прицеливания, расположенную на судне в районе нахождения зацепного устройства. При этом фазовые координаты БПЛА в момент подлета к зацепному устройству должны иметь заданные значения. Для расчета точек, расположенных на границе ОНП, решаются вспомогательные задачи оптимального программного управления. Для их решения используются необходимые условия принципа максимума Л. С. Пон-трягина. В статье рассмотрен алгоритм численного решения вспомогательной задачи оптимального программного управления и результаты расчета точек, расположенных на дальней границе ОНП, то есть точек, расположенных на максимальном удалении от точки прицеливания (точки нахождения зацепного устройства).

ИЗМЕРЕНИЯ. ИСПЫТАНИЯ. КОНТРОЛЬ

30-37 59
Аннотация
В статье рассмотрены особенности поведения редуцированных скалярных оценок при наличии в данных наблюдений систематических погрешностей. Предложены процедуры с иным способом формирования коэффициента редукции. Рассмотрен квазиоптимальный вариант формирования параметра сжатия. Представлены результаты моделирования для различных условий применения предложенных алгоритмов. В настоящее время одним из способов повышения точности формирования временной шкалы при решении задач частотно-временного обеспечения потребителей является усреднение показаний нескольких генераторов. Вместе с тем этот подход, как показано, в теории статистического оценивания оказывается эффективным для парирования случайной составляющей погрешности оцениваемого процесса. Однако для частотных генераторов случайная погрешность может быть результативно скомпенсирована на продолжительном интервале наблюдений, а вот систематическая составляющая - дрейф частоты - представляет серьезную проблему, устранить которую усреднением возможно лишь при соблюдении определенных условий. Поэтому в статье предлагается вариант редуцированной оценки, эффективной, как показано, для парирования ухода шкалы времени путем внесения смещения при реализации сжатия, определенного процедурой редукции. Рассматриваются условия, в которых степень достигаемого положительного эффекта имеет практический смысл.
38-43 64
Аннотация
Рассмотрен вопрос проверки линейного привода на устойчивость к возникновению резонанса в составе механизма прецизионного позиционирования космического назначения - гексапода, при выводе его на околоземную орбиту. Расчет значений собственных частот конструкции проведен методом конечных элементов с помощью САПР. Представлено применение модального анализа конструктивных элементов на примере корпуса линейного привода для оценки устойчивости к резонансу как одного из критериев при выборе материала. Приведены сравнительные результаты модального анализа для вариантов изготовления корпуса линейного привода. Проведен модальный анализ линейного привода, представлены расчетные частоты и формы собственных колебаний. Получены исходные данные для гармонического анализа линейного привода. Подтверждено соответствие разработанного линейного привода заданным требованиям.
44-50 113
Аннотация
Одной из актуальных проблем при разработке доплеровских метеорологических радаров является контроль их технических параметров. Особенно это касается разработки эталонов трассы зондирования и имитации на ней доплеровских смещений несущих частот радиолокатора, что является трудновыполнимой и экономически невыгодной задачей. В статье рассматривается возможность измерения и контроля технических параметров метеорологических доплеровских радаров при помощи радиофотонной имитационной многопетлевой линии временной задержки, реализованной на оптическом волокне. Предлагается способ контроля дальности, пространственного разрешения, слепой зоны, чувствительности приемника, а также точности определения скорости ветра по лучу на основе данных, полученных в результате разработки прототипа поверочного стенда для метрологического контроля лазерных метеорологических локаторов. Предложены методики поверки эталонов трассы и доплеровских смещений в радиофотонной имитационной многопетлевой линии временной задержки.
51-58 73
Аннотация
Рассматривается вопрос создания и применения формальных моделей в виде разновидностей сетей Петри к процессу автоматизированных электрических испытаний автоматического космического аппарата (АКА). В настоящее время к автоматическим космическим аппаратам предъявляется требование длительного срока активного существования. Это подразумевает использование современных радиоэлектронных компонентов, стойких к ионизирующему излучению и другим внешним воздействующим факторам космического пространства. Радиоэлектронная аппаратура (РЭА), состоящая из этих компонентов, образует информационные сети на борту АКА, по которым идет интенсивный обмен информацией между абонентами. Для подтверждения исправности АКА необходимо проводить комплексные электрические проверки функционирования бортовых приборов и систем таких сетей в автоматизированном режиме в заводских условиях с максимальной имитацией полета в космическом пространстве. Моделирование процессов, происходящих в бортовой РЭА и контрольно-проверочной аппаратуре, взаимодействующей с ней, представляет отдельный интерес, так как позволяет по полученным данным анализа модели разрабатывать методики автоматизированных проверок.

НАДЕЖНОСТЬ

59-64 146
Аннотация
В рамках данной статьи рассматривается вопрос оценки надежности электронной компонентной базы (ЭКБ) иностранного производства (ИП), применяемой в составе радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) космических аппаратов (КА). Надежность РЭА КА напрямую зависит от надежности применяемой в ее составе ЭКБ. К настоящему моменту требования к гамма-процентной наработке ЭКБ комплектующей РЭА КА достигают 150 000 часов при стандартном значении у = 95%. Подтверждение подобных требований возможно только в случае испытания больших выборок в течение длительного времени, что влечет за собой внушительные экономические затраты. Это неизбежно приводит к необходимости использовать и развивать новые идеи и методы теории надежности. В данной статье для подтверждения требований, предъявляемых к ЭКБ в части надежности, предложено обобщать расчетную оценку и данные, полученные по результатам ускоренных испытаний на безотказность, на основании теоремы Байеса. В результате проведенного исследования были определены значения интенсивностей отказов (ИО) ЭКБ ИП, а также рассмотрена возможность повышения значения вероятности безотказной работы (ВБР) у до значения 99%, при сохранении требований, предъявляемых к гамма-процентной наработке до отказа ЭКБ ИП, комплектующей РЭА КА.
65-71 61
Аннотация
В рамках данной статьи рассматривается вопрос оценки надежности резонаторов с жесткими требованиями к эксплуатационным характеристикам по стойкости к воздействию внешних факторов. В связи с увеличением требований, предъявляемых к данных изделиям в части гамма-процентной наработки и гамма-процентного срока сохраняемости, возникает необходимость развивать новые идеи и методы теории надежности. В качестве методической основы для обобщения данных их жизненного цикла предложен подход на основании теоремы Байеса. По результатам обобщения статистики испытаний резонаторов на различные виды климатических воздействий и испытаний на надежность, а также результатов их эксплуатации в составе радиоэлектронной аппаратуры были определены их основные показатели надежности.

ЭЛЕКТРОННЫЕ МОДУЛИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

72-78 70
Аннотация
Подавляющее большинство бортовых электронных приборов отечественных космических аппаратов размещается на термостатированных посадочных поверхностях КА, однако при некоторых задачах возникает необходимость разместить отдельные электронные блоки вне термостатированных панелей на удаленных конструкциях КА. В статье представлена автономная система обеспечения теплового режима электронных блоков (СОТР) космических аппаратов (КА) и объектов космической техники, требующих поддержания рабочей температуры и не имеющих возможности установки на термостатируемые посадочные поверхности космических аппаратов. Предлагаемая СОТР может автономно функционировать в расширенном рабочем диапазоне температур поверхности установки от -80 до +80 °С при изменении напряжения питания в диапазоне от 75 до 550% от номинального значения. Представлен обзор существующих решений, дано обоснование предлагаемого решения, приведена структурная схема СОТР и дано ее описание и пример применения.
79-88 77
Аннотация
Статья посвящена вопросам беспроводной передачи энергии с помощью лазерного излучения к удаленным потребителям, что является весьма актуальным для ряда практических приложений. Рассмотрен динамический режим работы лазерного беспроводного канала передачи энергии. Предложена математическая модель, описывающая динамический режим работы такой системы. Исследовано влияние оконечной нагрузки на динамические процессы в канале. Проанализированы факторы, влияющие на эффективность передачи энергии и обусловливающие увеличение КПД канала, в частности: параметры оптических элементов - линз коллиматоров и расширителей пучка, точность юстировки оптической схемы, равномерность засветки фотоприемных модулей. Показано, что в импульсном режиме эффективность передачи энергии импульса зависит также от импеданса нагрузки, наличие паразитных реактивностей приводит к росту амплитуды осцилляций и снижает КПД канала. В статье приведено описание экспериментальной установки, экспериментальные результаты и их анализ.
89-95 86
Аннотация
В настоящей статье приведены расчетные оценки эффекта от применения разрабатываемого в БГТУ «ВОЕНМЕХ» термоэмиссионного способа охлаждения (ТСО) лопаток турбин (ЛТ) газотурбинных преобразователей (ГП) космических летательных аппаратов (КЛА) радиоэлектронного дистанционного зондирования Земли. Актуальность разработки ТСО подтверждается тем, что сейчас в РФ ведется разработка платформы КЛА с энергетической установкой, в основу которого положен принцип газотурбинного преобразования. Однако из-за низкой надежности его основных элементов - лопаток турбин - в рабочих условиях приходится снижать температуру в установке, что снижает КПД и увеличивает массу и габариты КА в целом. Это означает, что с учетом возможностей современных средств выведения сокращаются возможности по оснащению КА радиоэлектронной аппаратурой и снижаются характеристики КЛА с радиоаппаратурой в целом. Для улучшения этих характеристик необходимо повышение надежности лопаток турбин и повышение на данной основе температуры ГП, его КПД с одновременным снижением массы и габаритов. Но в данном случае предполагается, что лопатки турбины будут выполнены из керамических материалов, функционирующих в среде инертных газов, нагретых от бортового источника тепловой энергии. Одной из проблем при этом является возникновение температурных градиентов, напряжений и деформаций, что может привести к возникновению трещин. Однако если выполнить керамические лопатки из металлоподобных соединений (бориды, карбиды, сплавы боридов и карбидов) с применением ТСО, то появляется возможность существенного (более чем в два раза) снижения как температуры ЛТ, так и температурных перепадов и напряжений в конструкции ЛТ. В статье также показано, что снижение температурных напряжений в конструкции горячих элементов при эквивалентной тепловой нагрузке достигается за счет фундаментальных свойств термоэлектронной эмиссии, а именно благодаря зависимости интенсивности термоэлектронной эмиссии и электронного охлаждения от температуры.
96-102 78
Аннотация
Актуальной проблемой современной техники является обеспечение электроэнергией радиоэлектронных систем дистанционного зондирования Земли космических аппаратов и комплексов, функционирующих в сложных погодных условиях, например, в Арктике или в случае чрезвычайной ситуации, когда необходимо подать сигнал «о необходимости помощи». В настоящей статье приведены сведения о разрабатываемом в БГТУ «ВОЕНМЕХ» гидродинамическом термоэмиссионном преобразователе (ГИТЭП), а также о варианте его лабораторного образца (ЛО). Устройство ГИТЭП заключается в том, что в активной зоне ГИТЭП организуется течение потоков слабоионизированной плазмы (ВПИГ) с высокими скоростями (0,5-7 км/с и выше). Это позволяет располагать рабочие поверхности катода и анода ГИТЭП на расстояниях, много больше характерных для классических ТЭП величин в 0,3-0,5 мм. Таким образом повышается надежность ГИТЭП за счет отсутствия необходимости поддержания малого зазора и сведения к минимуму негативных последствий изменения формы активной поверхности катода. Лабораторный образец предназначен для проведения комплексных экспериментальных исследований устройства ГИТЭП для двух видов рабочих тел - продуктов сгорания органического топлива и инертных газов с добавками щелочных металлов. Результаты настоящего исследования нашли свое отражение при выполнении работ по теме «Гексапод», проводимой в БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова. Областью применения таких преобразователей являются автономные источники питания арктических транспортных средств, функционирующих на основе органического топлива и космических аппаратов радиоэлектронного дистанционного зондирования Земли со сверхдлительным сроком эксплуатации.
103-110 89
Аннотация
Данные исследования являются частью актуальных работ, проводимых БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации по проектированию и созданию прецизионного механизма с параллельной кинематикой типа «гексапод». В современных разработках систем управления роботами наиболее популярен подход к регулированию, основанный на обратной модели динамики. В настоящей статье исследуется качество управления и реализуемость указанного подхода в системе управления гексаподом на основе отечественного радиационно стойкого микроконтроллера. Дано математическое описание модели динамики гексапода и алгоритма управления. Описывается модель цифровой системы управления, реализованной в среде MATLAB Simulink. Получены оценки качества регулирования гексаподом в контурном режиме управления. Оценивается программная реализация алгоритма управления в операционной системе реального времени Keil RTX на языке программирования C++. Определяется период квантования, необходимый для воплощения исследуемого алгоритма.
111-123 84
Аннотация
Рассмотрены вопросы проектирования системы управления гексапода - механизма с параллельной кинематикой, предназначенного для наведения и позиционирования приборов и антенн орбитальных спутниковых платформ. На основании решения расширенной задачи кинематики уточнен алгоритм управления линейными приводами с кинематической парой винт-гайка и с двумя двухосевыми шарнирами. Приведена схема управления гексаподом с пространственным датчиком положения нагрузки, дается оценка реализуемости алгоритмов позиционного управления на основе современной отечественной элементной базы. Оценка производится методом математического моделирования. Предложен алгоритм адаптивного нейросетевого управления гексаподом. Разработана искусственная нейронная сеть (ANN), которая совместно с нелинейным регулятором по ошибке управления формирует силу, воздействующую на линейные приводы. Для оценки качества управления гексаподом в пакете математического моделирования SimMechanics системы MATLAB Simulink создана динамическая модель системы управления гексаподом. Дано описание аппаратной части цифровой системы управления - блока управления гексаподом (БУГ).

ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

124-130 122
Аннотация
В статье рассмотрен способ определения дальности до источника радиоизлучения (ИРИ) методом «мнимой базы» при использовании линейной модели изменения пеленгов на него. В нем при решении триангуляционной задачи одним пассивным пеленгатором используются не только измерения пеленгов на ИРИ, но и их экстраполированные на некоторый интервал времени значения. Показано, что потенциальные характеристики способа определяются точностным, динамическим и геометрическим факторами, а также временем измерения пеленгов на ИРИ и временем экстраполяции. Сделан вывод, что при использовании линейной модели есть ограничения как на время измерения пеленгов на ИРИ, так и на время экстраполяции. Показано, что экстраполяция на большие интервалы времени возможна только при больших расстояниях до ИРИ и относительно небольшой скорости движения ЛА.
131-138 60
Аннотация
В статье предлагается способ автоматического обнаружения осадков и оценки их интенсивности по изображениям, формируемым системой улучшенного видения бортового радиоэлектронного комплекса обеспечения поисково-спасательных операций. Благодаря возможности определения интенсивности осадков по одному изображению, а также за счет уменьшения количества операций свертки и умножения, характерных для известных аналогичных способов, предлагаемый способ обладает меньшей вычислительной сложностью и может применяться на подвижных носителях в режиме реального времени. Результат достигается путем использования таких методов цифровой обработки изображений, как построение ориентированной гистограммы градиентов, цифровая фильтрация, дискретная свертка, вейвлет-анализ. Использование предложенного способа в составе бортового радиоэлектронного комплекса обеспечения поисково-спасательных операций позволит повысить ситуационную информированность экипажа на различных этапах полета воздушного судна.
139-146 88
Аннотация
Одной из актуальных проблем как гражданской, так и ведомственной авиации является обеспечение информационной поддержки экипажа в части предупреждения об опасных ситуациях и объектах, а также контроля расстояния до земной поверхности. Наиболее остро данная проблема стоит в условиях ограниченной видимости вследствие низкой освещенности, интенсивных осадков, тумана, задымленности, характерных при проведении различных поисково-спасательных операций. Поэтому разработчики бортовых комплексов стремятся к созданию систем, обеспечивающих возможность всепогодного, всесезонного, круглосуточного мониторинга окружающего пространства, для чего используются разнообразные датчики, как пассивные, так и активные, работающие в различных спектральных диапазонах. Кроме того, использование современных высокоточных навигационных систем и цифровой вычислительной техники позволяет осуществлять комплексирование информации от этих датчиков с априорными геопространственными данными, сосредоточенными в электронных топографических картах. В статье рассмотрены методы комплексирования данных об окружающей обстановке от разнородных источников информации, получившие распространение в бортовых комплексах обеспечения поисково-спасательных операций.
147-154 61
Аннотация
В статье рассматривается способ математического описания аддитивной смеси сигнала с шумом при использовании трехуровневого квантования. Способ основан на представлении реализации принятого сигнала после квантования в виде случайного трехмерного дискретного вектора. Предлагается методика расчета статистических характеристик трехуровневых сигналов. Методика позволяет наглядно представить закон распределения вероятностей радиолокационных сигналов различной формы на фоне шумов с произвольным законом распределения при трехуровневом квантовании и рассчитать его числовые параметры. Знание закона распределения вероятностей при условии, что на входе только шум, и закона распределения вероятностей сигнала с шумом позволяет рассчитать показатели качества обнаружения и построить рабочие характеристики обнаружителя. Трехуровневое квантование позволяет существенно упростить техническую реализацию радиоэлектронных устройств обработки сигналов при допустимых энергетических потерях.


ISSN 2218-5453 (Print)
ISSN 2686-7680 (Online)