WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 20 |
Е. Г. СЕМЕНОВА ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ДИАГНОСТИКИ АНТЕННЫХ УСТРОЙСТВ БОРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ Монография ФГУП «Издательство "ПОЛИТЕХНИКА"» Санкт-Петербург 2003 УДК 629.12 ББК 32.965.7 С30 Семенова Е. Г.

С30 Основы моделирования и диагностики антенных устройств бортовых комплексов: Монография. СПб.: Политехника, 2003. 186 с.: ил.

ISBN 5–7325–0765–5 В монографии на основе единого системного подхода рассмотрены особенности разработки, производства и эксплуатации антенных устройств бортовых комплексов. Предложены и реализованы методы инжиниринга качества создаваемых устройств, основанные на допустимом уровне снижения работоспособности сложной системы. Разработаны процедуры робастного проектирования и структурирования функций качества антенных устройств. Разработаны процедуры и математический аппарат кластерного анализа вариантов проектируемых устройств по качественным и количественным признакам. Описан комплекс алгоритмов и программных средств моделирования сложнопрофильных элементов антеных устройств, выполненных из полимерных композиционных материалов.

Монография предназначена для студентов и аспирантов технических и управленческих направлений обучения, а также для специалистов, разрабатывающих перспективные бортовые комплексы.

Рецензенты:

кафедра микроэлектроники и технологии радиоаппаратуры Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (ЛЭТИ), заведующий кафедрой доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации И. Г. Мироненко;

заместитель Генерального конструктора по научной работе ОАО "Холдинговая компания "Ленинец", доктор технических наук, профессор Е. Э. Чернышев © ФГУП «Издательство "ПОЛИТЕХНИКА"», 2003 ISBN 5–7325–0765–5 © Е. Г. Семенова, 2003 2 ПРЕДИСЛОВИЕ Современные авиационные радиоэлектронные системы и комплексы в качестве важнейшей составной части включают антенные устройства, обеспечивающие контакт с внешними радиоканалами и выполняющие селекцию объектов (целей) в окружающем пространстве.

Эффективность применения бортовых радиоэлектронных комплексов в значительной степени определяется качеством разработки и изготовления используемых антенных устройств. Отказ антенного устройства радиоэлектронного комплекса или частичная деградация его характеристик сопровождается снижением эффективности как самой радиотехнической системы, так и иных, сопряженных с ней, технических систем (навигационных, энергетических, управляющих и т. п.), вплоть до полного отказа.

Эти негативные последствия должны быть устранены на ранних этапах жизненного цикла изделий при выборе концепции проектирования, разработке и изготовлении антенных устройств бортовых комплексов на основе системного подхода с учетом комплексного воздействия эксплуатационных факторов, разброса физико-механических и электрофизических свойств конструкционных материалов и иных возмущающих воздействий. Устойчивость антенных устройств бортовых радиоэлектроных комплексов по отношению к возмущающим факторам означает наделение создаваемых устройств свойствами робастности. Создание робастных антенных устройств основано на системной методологии обеспечения их качества при выборе концепции их построения, в ходе его схемотехнического, конструкторского и технологического проектирования, а также в ходе процесса производства антенных устройств с учетом использования средств активного контроля. Наиболее эффективными инструментами такого подхода являются интенсивно разрабатываемые в последнее время методы инжиниринга качества, ориентированные на создание продукции, полностью отвечающей запросам и пожеланиям потребителя:

· Робастное проектирование – РП (методы Тагути) и наиболее новое его развитие – система Махаланобиса – Тагути, использующая идеи кластерного анализа в сочетании с робастным проектированием;

· Структурирование функции качества – СФК, поддержанное современными методами и инструментами обеспечения качества.

Использование именно этих методов для создания антенных устройств, устойчивых по отношению к внутренним возмущениям и внешним воздействиям, связано с их высокой эффективностью и имеет своей целью познакомить специалистов с возможностью и последовательностью использования методологии структурирования функций качества и робастного проектирования. В отечественной практике эти методы пока не получили широкого распространения, что, отчасти, связано с отсутствием методической литературы и недостаточно внимательным отношением разработчиков авионики к методам управления качеством.

Объектом последовательного применения методов робастного проектирования приняты сложнопрофильные зеркальные антенны, которые широко распространены в обзорных и прицельных РЛС. Однако эти методы, конечно же, могут и должны быть распространены и на антенные решетки, а также другие устройства бортовой радиоэлектроники.

В монографии использованы результаты собственных исследований автора, а также материалы монографий и статей зарубежных авторов, не известные российскому читателю.

Монография окажется полезной для специалистов, связанных с разработкой антенных устройств бортовых радиоэлектронных систем и комплексов и желающих применить методы инжиниринга качества в своей практической деятельности, для аспирантов и студентов радиотехнических специальностей.

Список условных обозначений АУ – антенное устройство БК – бортовой комплекс ГП – голос потребителя ДК – дом качества ИК – инжиниринг качества ИКК – интегральный критерий качества ИПДК – инженерные параметры детали компонента ИПК – инженерные параметры компонента ИПП – инженерные параметры проектирования КИМ – координатная измерительная машина КЦФ – качество целевого функционирования ЛПР – лицо, принимающее решение ПКВМ – полимерные композиционные волокнистые материалы ПМ – плановая матрица, она же ДК ПС – потребительские свойства ПЭ – планирование эксперимента РМ – расстояние Махаланобиса РП – робастное проектирование СА – схема армирования СКП – система координат поверхности С/Ш – сигнал / шум СФК – структурирование функции качества ТРФ – технологические режимы формования УФ – управляющий фактор ХК – характеристики качества ШФ – шумовой фактор ЦНЗ – цель – номинальное значение 1. СТРУКТУРИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА АНТЕННЫХ УСТРОЙСТВ БОРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ 1.1. Способы исследования и средства описания качества Бортовые комплексы (БК), абстрагируясь от их назначения и схемотехнического и конструктивного исполнения, могут быть представлены в виде совокупности функционально связанных систем (подсистем) и устройств, обеспечивающих с помощью радиоэлектронных средств управление летательным аппаратом и его оборудованием. В общем случае под управлением летательным аппаратом должна пониматься совокупность действий по целенаправленному изменению состояния некоторого объекта, называемого объектом управления /1/. Цель управления состоит в достижении желаемого (на заранее принятых условиях и критериях) результата в процессе этих действий. Основным назначением БК летательных аппаратов специального назначения является поражение воздушных, наземных и морских объектов. Процесс управления летательным аппаратом (ЛА) и активными средствами поражения, результатом которого является поражение цели, называют наведением, а системы, реализующие этот процесс – системами наведения. Назначение гражданских БК состоит в доставке пассажиров и грузов в определенное место и в определенное время.



В общем случае БК содержит ЛА (самолет или ракету), как объект управления (ОУ), информационно-вычислительную (ИВС) и управляющую системы (УС) (рис. 1.1).

Совокупность параметров, характеризующих состояние БК, называют фазовым пространством. При этом фазовое пространство как понятие включает не только координаты пространственного положения, но и любые другие параметры, позволяющие оценить состояние системы:

углы визирования цели, атаки, крена, скольжения ЛА; линейные и угловые скорости и ускорения и т. п. Для сокращения записей фазовые координаты абсолютного и относительного движения цели объединяют у и Априорная информация р х ц ЛА ИВС УС х (ОУ) т х у Рис. 1.1. Обобщенный состав БК в вектор цели х. Состояние объекта управления (самолета или ракеты) ц оценивается набором координат, составляющих вектор х. Индекс "y" у учитывает, что фазовые координаты управляемы. Вектор х, определят ющий цель управления, состоит из последовательного набора координат, описывающего требуемую фазовую траекторию. Совокупность всех Т хТ векторов х, х и х образует обобщенный вектор X =,хТ,хТ тец у т ц у т кущего состояния БК. Воздействие на БК случайных возмущений учтено в структуре векторами у и и, представляющими соответственно возмущения объекта управления и шумы измерений.

Ядром БК, во многом определяющим эффективность его применения, является алгоритмическое обеспечение, которое представляет собой совокупность законов обработки информации и управления, заложенных в ИВС. Информационно-вычислительная система, в состав которой входят датчики информации (радиолокационные, оптические, инфракрасные, навигационные, магнитные и иные измерители) и вычислители, осуществляет информационное обеспечение процесса управления. Сущность процесса управления сводится к преобразованию векторов состояния цели х, объекта управления х и требуемого двиц у жения х в вектор параметров рассогласования, непосредственно возт действующих на УС. По своему смыслу параметры рассогласования являются функциями несоответствия требуемых и аналогичных текущих значений этих координат. В зависимости от конкретного типа и назначения БК требуемые координаты хТi (i = 1, n) вводятся в память вычислителя ИВС в процессе предполетной подготовки, формируются непосредственно в информационно-вычислительной системе в процессе наведения на цель, либо подаются на ЛА извне, например с наземного (морского) или воздушного пунктов управления. В последнем случае часть аппаратуры ИВС размещается на борту ЛА, а часть – на стационарном пункте управления.

Формирование параметров рассогласования является заключительным этапом решения целого ряда других задач, например: анализ условий применения активных средств поражения; оптимизация сигнала подсвета цели и метода наведения; определение состава и алгоритмов функционирования измерителей; формирование алгоритмов оценок фазовых координат, необходимых для реализации выбранного метода наведения; идентификация (оценка) параметров БК и уточнение результатов анализа условий применения.

Информационно-вычислительная система является комплексной иерархической системой, содержащей датчики различной физической природы, объединенные в совместно функционирующие группы, которые по отношению к ИВС играют роль подсистем.

Назначением управляющей системы является преобразование параметров рассогласования ( j = 1,r) в отклонения рj рулевых органов.

j В процессе этих преобразований учитывается априорная информация о динамических свойствах исполнительных органов (инерциальность, динамический диапазон управляющих воздействий и т. п.) и самого ОУ, максимально допустимых пределах отклонения рулевых органов и изменения тех или иных фазовых координат и параметров БК. Наряду с отклонениями органов управления управляющая система с помощью специальных подсистем обеспечивает автоматическое выполнение тех или иных режимов полета (автоматический полет по заданной траектории, маловысотный полет), решает задачи стабилизации ЛА, повышения устойчивости, ограничения по перегрузкам и т. п. При решении этих задач параметры УС должны быть оптимизированы с учетом влияния ИВС и ОУ так, чтобы обеспечить максимальную эффективность (т. е. заранее заданных предпочтений) БК в целом.





Изменения параметров управляющей системы и летательного аппарата как объекта управления в процессе полета учитываются специальными обратными связями ОУ с ИВС и УС, а также УС с ИВС, что позволяет улучшить показатели устойчивости системы в целом.

Рассмотренные особенности построения бортовых комплексов подтверждают, что БК – сложная многоуровневая иерархическая многомерная система, функционирование которой основано на использовании разнообразных физических принципов /2/. Отсюда следует необходимость системного рассмотрения БК, базирующегося на едином подходе ко всем его составным частям с учетом их взаимного влияния друг на друга и на систему в целом. Необходимость системного подхода требует знания специфики всех достаточно сложных научно-технических направлений, положенных в основу подсистем БК.

Современные бортовые радиоэлектронные комплексы различного типа и назначения в качестве важнейшей составной части включают антенные устройства (АУ), осуществляющие непосредственный контакт с внешними радиоканалами и выполняющие предварительную обработку получаемой информации в волноводно-преобразовательных блоках. Фактически антенные устройства выполняют, пользуясь терминологией измерительной техники, роль датчиков и первичных преобразователей информации /3/.

Качество и эффективность применения бортовых радиоэлектронных комплексов, в первую очередь, определяются техническим уровнем и фактическим техническим состоянием используемых АУ. Действительно, выход из строя антенного устройства радиоэлектронного комплекса не может быть скомпенсирован совершенными средствами обработки информации. Наряду с этим даже частичное снижение работоспособности антенного устройства (например, выход из строя части элементов в антенных решетках) и связанные с этим погрешности антенного устройства (например, ошибки в определении пространственного положения некоторого объекта) приведут к снижению эффективности не только радиотехнической системы, но и иных, сопряженных с ней технических систем (навигационных, энергетических, управляющих и т. п.), вплоть до полного отказа. Такие последствия должны быть парированы за счет тщательной схемотехнической, конструкторской и технологической отработки антенных устройств БК на основе системного подхода. Пользуясь современной терминологией, антенные устройства БК должны обладать свойствами робастности. Это требование предполагает использование системной методологии обеспечения эксплуатационной стабильности АУ на ранних этапах жизненного цикла, а именно при выборе концепции построения АУ, в ходе его схемотехнического, конструкторского и технологического проектирования, а также в ходе процесса производства АУ с учетом использования средств активного контроля.

При реализации системного подхода к анализу антенных устройств следует уточнить системные свойства, способы исследования и средства описания АУ БК, при этом в монографии не преследуется цель сопоставления различных определений сложных систем, выбора или создания наиболее предпочтительного. Задача создания абсолютного или универсального определения сложной системы наталкивается на много-значность и субъективную трактовку "системного свойства" в каждой проблемной области. Вместе с тем целесообразно и возможно проанализировать закономерности создания определений систем и сложных систем с позиций теории определений.

Формально-логическое определение представляет указание на ближайшее родовое понятие и отличительные видовые признаки. Примерами такого определения являются следующие.

– система /4/: объект, состоящий из взаимосвязанных или взаимодействующих элементов;

– система /5/: множество взаимосвязанных элементов, каждый из которых связан прямо или косвенно с каждым другим элементом, а два любые подмножества этого множества не могут быть независимыми.

Формулирование и обнаружение родового понятия и отличительных видовых признаков для малоизученной проблемной области, в том числе для сложной системы, apriori затруднительны, так как классифика' ция всех ее понятий возможна только после исследования. Поэтому большее распространение получили денотативные и операциональные определения, более соответствующие прагматическому подходу.

В денотативных определениях значения слов и словосочетаний определяются путем ознакомления с предметами, действиями и ситуациями, обозначенными этими словами и словосочетаниями.

В операциональных определениях определение термина достигается указанием действий, позволяющих установить однозначное соответствие между термином и понятием. Примерами таких определений и их комбинаций являются следующие.

Определение 1. Система: организованная целостность селективно избранных компонентов, взаимодействие и взаимосвязь которых в процессе управления обеспечивают достижение поставленных целей с необходимым качеством целевого функционирования в условиях противодействия среды.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 20 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.